СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЙ Российский патент 2006 года по МПК G01S5/10 G01S11/00 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к пассивным системам радиоконтроля, в частности может быть использовано для высокоточного определения координат источников радиоизлучений (ИРИ), излучающих непрерывные или квазинепрерывные сигналы, с помощью летательных аппаратов.

Известна система определения координат - система PLSS, предназначенная для ме-стоопределения ИРИ разностно-дальномерным способом, размещаемая на самолетах [1]. Однако данная система неработоспособна при определении координат источников, излучающих непрерывные или квазинепрерывные сигналы.

Из известных способов наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого способа по технической сущности является разностно-доплеровский способ определения координат источников радиоизлучений (ИРИ) с непрерывным излучением [2]. Сущность способа заключается в приеме сигнала ИРИ на трех летательных аппаратах, ретрансляции сигналов на центральный пункт обработки, вычислении разностей радиальных скоростей летательных аппаратов по разностям доплеровских частот сигналов, ретранслируемых с летательных аппаратов, с последующим вычислением координат ИРИ по разностям радиальных скоростей.

Однако устройство-прототип имеет следующий недостаток - устройство не работоспособно при определении координат ИРИ, излучающих широкополосные сигналы, т.к. в этом случае нельзя точно измерить разность частот сигналов [2, 3], ретранслируемых с летательных аппаратов (широкополосными, здесь будем называть сигналы с шириной полосы от десятков герц до нескольких килогерц).

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей, т.е. обеспечение определения координат ИРИ, излучающих широкополосные сигналы.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения координат ИРИ, заключающемся в приме сигналов ИРИ на трех летательных аппаратах, ретрансляции сигналов на центральный пункт обработки и вычислении координат ИРИ по разностям радиальных скоростей летательных аппаратов, сигналы, ретранслируемые с летательных аппаратов, дополнительно подвергаются взаимно корреляционной обработке, а разности радиальных скоростей вычисляются на основе измерения коэффициентов сжатия.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что на центральном пункте обработки сигналы, ретранслированные с летательных аппаратов, подвергаются дополнительной взаимно корреляционной обработке. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна».

Сравнение заявляемого способа с другими аналогичными способами показывает необходимость выполнения известных операций - прием сигналов ИРИ на летательных аппаратах, ретрансляции сигналов на центральный пункт обработки, вычисление разностей радиальных скоростей летательных аппаратов и вычисление координат ИРИ. Однако в заявляемом способе разности радиальных скоростей вычисляются через коэффициент сжатия, вычисленный на основе максимизации взаимно корреляционной функции сигналов, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию «существенные отличия».

Вычисление коэффициентов сжатия можно осуществить путем введения на центральном пункте обработки двух блоков измерения коэффициентов сжатия.

Известно применение блоков измерения коэффициентов сжатия в акустике. Назначение и устройство, а также подробный анализ работы блока описан, например [4].

Существенным отличием является применение этого блока в радиотехнике, а конструктивные изменения - в соответствии с режимом работы в радиотехнических системах.

Определение координат ИРИ в соответствии с заявляемым способом осуществляется следующим образом. Пусть на входы ретрансляторов летательных аппаратов 1 и 2 поступают сигналы от ИРИ. Учитывая, что радиальные скорости 1-го и 2-го летательного аппарата V_R1 и V_R2 много меньше скорости света с можем записать

где S₁(t) и S₂(t) - сигналы, принимаемые на первом и втором летательном аппарате соответственно; Δτ₁₂, Δτ'₁₂ Δτ''₁₂ - задержка второго сигнала относительно первого и ее производные.

Учитывая, что за время наблюдения Т задержка Δτ₁₂≈const, ограничимся лишь первой производной от задержки Δτ₁₂

Задержка и ее производная записываются в виде причем, V_Ri>0, если скорость направлена к ИРИ, и V_Ri<0, если от ИРИ. Переписывая (1) иначе S₁(t)=S₂(g₁₂t+Δτ₁₂), где q₁₂=1+Δτ'₁₂ видим, что временная ось сигнала S₁ сжалась (расширилась) по сравнению с временной осью сигнала S₂.

Ретрансляторы по линиям связи передают сигналы S₁; и S₂ на центральный пункт обработки, далее они поступают в блок измерения коэффициента сжатия, вычисляющий максимум двумерной взаимно корреляционной функции

При α₁₂ = g₁₂ и τ₁₂=Δτ₁₂ функция С_M(τ, α) покажет максимум. Аналогичные операции проводятся с сигналами S₂ и S₃.

По найденным коэффициентам сжатия q₁₂ и q₃₂ вычисляют разности радиальных скоростей. Используя уравнение сферы Земли, координаты летательных аппаратов и разности радиальных скоростей, определяют координаты ИРИ.

Сравним точность измерения разности радиальных скоростей предлагаемым способом и способом-прототипом. Возьмем случай самых благоприятных условий для работы способа-прототипа - случай, когда ИРИ излучает монохроматический сигнал на частоте f₀. В предлагаемом способе на летательных аппаратах 1 и 2 будут приняты сигналы с частотами и . В этом случае блок определения коэффициента сжатия с определит соотношение

где

В силу того, что V_R1 ≪ c V_R2 ≪ с (как уже отмечалось выше), воспользовавшись разложением отбрасывая члены во второй степени и выше, получим

На основании (2) и (3) можно записать

Среднеквадратическая ошибка (СКО) величины U=Ф(х₁;x₂;...;х_n) вычисляется по формуле

где ρ_ij. - коэффициент корреляции между х_i, и х_j.

Предположим, что измерения частот f₁ и f₂ независимы, то есть ρ_ij=0, тогда СКО определения разности радиальных скоростей на основании (4) и (5) запишется

где σ_f1 и σ_f2 - СКО определения частот f₁ и f₂ соответственно.

Пусть σ_f1=σ_f2 = σ_f, и так как f₁≈f₂≈f₀ можно записать

Учитывая, что доплеровская частота и радиальная скорость летательного аппарата связаны соотношением f₁=f₀V_R1/c и f₂=f₀VR₂/c, разность радиальных скоростей в способе-прототипе определяется из соотношения

Полагая, как и прежде σ_f1=σ_f2=σ_f, f₁≈f₂≈f₃≈f, ρ₁₂=0, получим СКО определения разности радиальных скоростей устройством-прототипом

то есть ошибка определения разности радиальных скоростей предлагаемым способом равна ошибке способа-прототипа.

Анализ предлагаемого способа в сравнении со способом-прототипом показывает, что заявляемый способ обеспечивает определение координат ИРИ, излучающих широкополосные сигналы, в отличие от устройства-прототипа.

Таким образом, цель, поставленная перед заявленным способом - расширение функциональных возможностей, т.е. обеспечение определения координат ИРИ, излучающих широкополосные сигналы - достигнута.

Технико-экономический эффект, обусловленный применением данного способа, заключается в расширении функциональных возможностей и повышении точности систем определения координат ИРИ без существенного усложнения аппаратурных средств, а следовательно - повышением эффективности пассивных систем радиоконтроля в целом.

Количественная величина ожидаемого технико-экономического эффекта от использования предложенного способа зависит от типа системы подлежащей радиоконтролю и важности данной системы; ее определение возможно после внедрения предложенного способа в конкретных системах радиоконтроля.

Источники информации

1. International Defence Review, США, 9/1978, стр. 1440-1441.

2. Кондратьев B.C. и др. Многопозиционные радиотехнические системы. - М.: Радио и связь, 1986. 264 с.

3. Tomerry DJ. Statistical Theory of Passive Location Systems// ШЕЕ Trans. 1984. V. АЕ5-20. №2. Р.183.

4. Comparision of the Deskewed Short Correlator and the Maximum Likelihood Correlator// IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing, vol. ASSP-32, №2, Apr. 1984.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к пассивным системам радиоконтроля, в частности может быть использовано для высокоточного определения координат источников радиоизлучений (ИРИ), излучающих непрерывные или квазинепрерывные сигналы с помощью летательных аппаратов. Достигаемым техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей, а именно обеспечение определения координат ИРИ, излучающих широкополосные сигналы. Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе определения координат ИРИ, заключающемся в приме сигналов ИРИ на трех летательных аппаратах, ретрансляции сигналов на центральный пункт обработки и вычислении координат ИРИ по разностям радиальных скоростей летательных аппаратов, сигналы, ретранслируемые с летательных аппаратов, дополнительно подвергаются взаимнокорреляционной обработке, а разности радиальных скоростей вычисляются на основе измерения коэффициентов сжатия, определяемых путем максимизации взаимно корреляционной функции сигналов, ретранслированных с летательных аппаратов.

Способ определения координат источников радиоизлучений (ИРИ), заключающийся в приеме сигналов ИРИ на трех летательных аппаратах, ретрансляции сигналов на центральный пункт обработки, вычислении разностей радиальных скоростей летательных аппаратов, с последующим вычислением координат ИРИ по разностям радиальных скоростей, отличающийся тем, что сигналы, ретранслированные с летательных аппаратов, дополнительно подвергаются взаимно корреляционной обработке, а разности радиальных скоростей летательных аппаратов вычисляются на основе коэффициентов сжатия сигналов, определяемых путем поиска максимума взаимно корреляционной функции сигналов, ретранслированных с летательных аппаратов.