СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИЗЛУЧАТЕЛЯ И ОТРАЖАТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК G01S5/04 

Изобретение относится к средствам пассивной радиолокации источников электромагнитных сигналов, в частности к способам многопунктового местоопределения источников импульсных сигналов, и может быть использовано для контроля местоположения излучателя и отражателя внутри помещения.

Известен способ местоопределения излучателя на плоскости, реализованный в [1]. Этот способ основан на приеме сигнала излучателя приемной системой, содержащей N (N≥3) приемных пунктов (ПП), расчете разностей моментов прихода сигнала в каждую пару ПП, исключении из рассмотрения каждой из разностей, модуль которой превышает расчетное время распространения сигнала между указанной парой ПП, использовании оставшихся разностей для гиперболического определения первичных оценок местоположения источника излучения (ПОМИИ), а также на исключении из рассмотрения тех ПОМИИ, которые существенно отличаются от некоторой усредненной оценки местоположения источника, и состоит в том, что с помощью всенаправленной вертикальной электрической антенны излучателя, местоположение которого требуется определить, излучают импульсный сигнал, принимают излученный сигнал с помощью всенаправленных вертикальных электрических антенн, расположенных в N территориально разнесенных ПП с известными координатами и снабженных системой единого времени, измеряют в каждом ПП момент прихода сигнала излучателя и передают полученное значение по линии связи в пункт обработки, в пункте обработки измеряют разности моментов прихода сигнала излучателя в каждую пару ПП, сравнивают модуль каждой полученной разности с расчетным временем распространения сигнала между соответствующей парой ПП и, в случае, если модуль полученной разности превосходит это расчетное время, исключают эту разность из рассмотрения, используют каждую из оставшихся разностей для расчета гиперболы - линии оценок местоположения излучателя, принимают точки пересечения полученных при этом гипербол за массив ПОМИИ, исключают из расчета те ПОМИИ, расстояния которых от некоторой усредненной оценки местоположения излучателя превышают установленное пороговое значение, оставшиеся ПОМИИ усредняют и определяют, таким образом, результирующую оценку местоположения излучателя.

Недостатком указанного способа является то, что в этом способе не определяется местоположение отражателя, что при наличии отражателя с неизвестными координатами может приводить к существенным погрешностям в результирующей оценке местоположения излучателя.

Наиболее близким к заявленному техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ местоопределения излучателя на плоскости, реализованный в [2]. Этот способ основан на приеме сигнала излучателя N-пунктовой приемной системой (N≥3), определении моментов прихода сигнала в указанные ПП, разбиении N ПП на всевозможные тройки ПП с одним общим центральным ПП с образованием таких троек, определении N-1 разностей моментов прихода сигнала соответственно в каждый из периферийных ПП и в центральный ПП, использовании каждой тройки ПП в качестве трехпунктовой гиперболической системы местоопределения, определении массива ПОМИИ с помощью указанных разностей, расчете величины группировки ПОМИИ в каждой из этих же точек и принятии местоположения ПОМИИ с максимальной величиной группировки, за результирующую оценку местоположения излучателя.

Этот способ состоит в том, что 1) с помощью всенаправленной вертикальной электрической антенны излучателя, координаты которого подлежат определению, излучают импульсный сигнал, 2) принимают излученный сигнал с помощью N всенаправленных вертикальных электрических антенн, расположенных в N территориально разнесенных ПП, координаты которых известны, снабженных системой единого времени, причем один из ПП является центральным, а остальные - периферийными, 3) определяют в каждом ПП момент прихода сигнала излучателя и 4) передают полученное значение по линии связи в пункт обработки, при этом в пункте обработки 5) определяют N-1 разностей моментов прихода сигнала соответственно в каждый из периферийных ПП и в центральный ПП, 6) разбивают все N ПП на всевозможные тройки ПП с одним общим центральным ПП с образованием таких троек, 7) используют каждую тройку ПП как трехпунктовую гиперболическую систему местоопределения, для чего в каждой тройке 8) по разности моментов прихода сигнала в каждый из двух периферийных ПП относительно центрального ПП тройки ПП определяют две гиперболы - линии оценок местоположения источника излучения, 9) принимают точки пересечения указанных гипербол за ПОМИИ, 10) вычисляют с использованием всех трехпунктовых систем массив ПОМИИ, 11) вычисляют величину группировки массива ПОМИИ в каждой из точек этого же массива, 12) находят ПОМИИ с максимальной величиной группировки и 13) принимают эту ПОМИИ за результирующую оценку местоположения излучателя.

Недостатком указанного способа является то, что в этом способе наличие отражателя с неизвестными координатами может приводить к появлению группировки ПОМИИ вблизи местоположения отражателя и, в результате, к существенной погрешности результирующей оценки местоположения излучателя.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей способа, состоящее в определении местоположения на плоскости как излучателя, так и отражателя с помощью N-пунктовой (N≥8) гиперболической системы местоопределения, а также повышение точности местоопределения излучателя, за счет вычисления трехмерного массива первичных оценок обобщенных местоположений источников излучения (ПООМИИ), включающих кроме координат оценок местоположения источников на плоскости также моменты их излучения, на вычислении величины группировки указанного массива в каждой из точек этого же массива, на определении усредненной оценки местоположения первого источника излучения в точке с максимальной величиной группировки, а второго - в точке с максимальной величиной группировки той части массива, точки которой отстоят от точки усредненной оценки местоположения первого источника излучения на величину, превышающую установленное пороговое значение, а также на определения принадлежности каждой из двух полученных усредненных оценок к излучателю или отражателю по результату сравнения вычисленных моментов излучения этих оценок.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе многопунктового местоопределения источника излучения электромагнитного сигнала, включающем излучение излучателем импульсного сигнала, прием указанного сигнала с помощью приемной системы, состоящей из N (N≥3) территориально разнесенных приемных пунктов (ПП), координаты которых известны, снабженных системой единого времени, причем один из ПП является центральным, а остальные N-1 - периферийными, определение в каждом ПП момента прихода указанного сигнала и передачу полученного результата в пункт обработки, при этом в пункте обработки разбиение всех N ПП на всевозможные тройки ПП с одним общим центральным ПП с образованием таких троек, определение N-1 разностей моментов прихода сигнала соответственно в каждый из периферийных ПП и в центральный ПП, использование каждой тройки ПП как трехпунктовой гиперболической системы местоопределения, при этом в каждой тройке ПП по разности моментов прихода сигнала в каждый из двух периферийных ПП относительно центрального ПП определение двух гипербол - линий оценок местоположения источника излучения (в каждой трехпунктовой системе номером 1 обозначен центральный ПП, а номерами 2 и 3 - периферийные ПП):

где t_1m, t_2m и t_3m - моменты прихода сигнала; x_1m, y_1m; x_2m, y_2m и x_3m, y_3m - координаты соответствующих ПП в m-й тройке ПП; с=3·10⁸ м/с - скорость распространения электромагнитного сигнала (скорость света); и - координаты оценок местоположения источника излучения, полученные при использовании m-й тройки ПП, а индекс k представляет собой номер решения системы уравнений (1) на плоскости (k≤2), при этом, после перебора всех трехпунктовых систем, принятие полученного массива точек за массив первичных оценок местоположения источника излучения (ПОМИИ): x_0q, y_0q (q=1÷Q, a также расчет величины группировки этого массива в каждой из точек этого же массива, нахождение ПОМИИ с максимальной величиной группировки и принятие этой ПОМИИ за усредненную оценку местоположения первого источника излучения, согласно изобретению минимальное количество ПП увеличивают до 8 (N≥8), из указанных N ПП составляют всевозможные тройки ПП, с образованием таких троек, каждую из которых используют как гиперболическую систему местоопределения, кроме того, при определении каждой ПОМИИ определяют момент излучения полученного источника: для вычисления которого в m-й трехпунктовой системе из момента прихода сигнала в первый ПП вычитают время распространения сигнала от вычисленного местоположения источника излучения до первого ПП:

откуда, после перебора всех трехпунктовых систем, получают массив трехмерных первичных оценок обобщенных местоположений источников излучения (ПООМИИ): x_0q, y_0q, z_0q (q=1÷Q), где x_0q и y_0q соответственно x и y координаты q-й ПООМИИ, z_0q=c·t_0q, t_0q - соответствующая первичная оценка момента излучения, а Q - общее количество ПООМИИ при этом в качестве величины группировки указанного массива в каждой точке этого же массива используют значение A_q, определяемое как:

где - обобщенное расстояние между n-й и q-й ПООМИИ, а параметр R выбирают порядка ожидаемой шумовой погрешности ПООМИИ, при этом координаты: x_0q1, y_0q1, z_0q1 (q1:max(A_q)), где z_0q1=c·t_0q1, принимают за координаты усредненной оценки обобщенного местоположения первого источника излучения, a t_0q1 - за его момент излучения, затем из массива ПООМИИ образуют второй массив ПООМИИ, обобщенное расстояние точек которого от точки с координатами x_0q1, y_0q1, z_0q1: r_nq1 превышает наперед заданную пороговую величину R_К:

где причем R_к по величине устанавливают порядка где R_ио - минимальное ожидаемое расстояние между излучателем и отражателем на плоскости, находят в этом массиве точку с максимальной величиной группировки Max(A_q(q∈:Q2)): x_0q2, y_0q2, z_0q2 (z_0q2=c·t_0q2), где Q2 - объем нового массива ПООМИИ, принимают указанную точку за усредненную оценку обобщенного местоположения второго источника излучения, a t_0q2 - за его момент излучения, сравнивают между собой по величине моменты излучения t_0q1 и t_0q2 и принимают усредненную оценку местоположения источника излучения с более ранним моментом излучения за результирующую оценку местоположения излучателя, а с более поздним - отражателя.

Новым в предложенном способе многопунктового местоопределения излучателя электромагнитного сигнала и отражателя по сравнению с прототипом является образование из N ПП всевозможных трехпунктовых гиперболических систем местоопределения, расчет, при каждой ПОМИИ также момента его излучения, образования, таким образом, массива ПООМИИ в трехмерном пространстве признаков: x, y, z, где x, y - координаты источника на плоскости, z=c·t, t - момент излучения источника, при этом определение величины группировки массива ПООМИИ в каждой точке этого же массива, кроме того, принятие координат ПООМИИ с максимальной величиной группировки, за усредненную оценку координат первого источника излучения, затем образование второго массива ПООМИИ путем исключения из первого массива ПООМИИ тех точек, которые предположительно принадлежат первому источнику излучения, а во втором массиве ПООМИИ определяют точку с максимальной величиной группировки и принимают эту точку за усредненную оценку обобщенного местоположения второго источника излучения, далее сравнивают оценки моментов излучения, соответствующие этим двум усредненным оценкам, и по результату этого сравнения, принимают одну из них за излучатель, а другую - за отражатель.

На фиг.1 приведен пример контролируемой территории, площадью 10×10 м², где обозначено: И - излучатель, О - отражатель ПП1÷ПП12 - приемные пункты. Стрелками указаны пути распространения сигнала от излучателя до каждого ПП.

На фиг.2 приведен пример массива ПОМИИ с координатами: x_0q, y_0q (q=1÷Q) для приведенного на фиг.1 расположения И, О и 12 ПП.

При расчетах было установлено: стандартное отклонение погрешности оценки момента прихода сигнала в каждый ПП: σ_t=0.2 нс, R=0.2 м (2), R_к=1 м (3), количество ПОМИИ составило Q=183.

На графике стрелками указаны группировки ПОМИИ, образованные каждым из источников: 1 - излучателем и 2 - отражателем.

На фиг.3 приведен пример массива трехмерных ПООМИИ: x_0q, y_0q, z_0q (q=1÷Q), где z_0q=c·t_0q, z₀=c·t₀, a t₀ - момент излучения сигнала излучателем, соответствующий двухмерному массиву ПОМИИ, приведенному на фиг.2. Величины z_0q обозначены вертикальными столбцами вдоль оси z.

На фиг.4 приведены вычисленные по формуле (3) величины группировок массива ПООМИИ в точках этого же массива: A_q (q=1÷Q) как функций от x, y, соответствующие фиг.3.

Сущность предлагаемого способа основана на приеме сигналов от излучателя и отражателя, местоположение которых подлежит определению, многопунктовой гиперболической системой местоопределения, вычислении массива трехмерных ПООМИИ, включающих кроме координат источников на плоскости также моменты их излучения, на вычислении величины группировки указанного массива в каждой из точек этого же массива, на определении усредненной оценки обобщенного местоположения первого источника в точке с максимальной величиной группировки, а второго источника - в точке с максимальной величиной группировки в той части массива, точки которой отстоят от точки усредненной оценки обобщенного местоположения первого источника на величину, превышающую установленное пороговое значение, а также на определении принадлежности каждой из двух полученных усредненных оценок к излучателю или отражателю по результату сравнения вычисленных моментов излучения этих оценок.

Местоопределение излучателя и отражателя осуществляется следующим образом. Как и в известном способе [2], местоопределение источника излучения осуществляется с помощью N-пунктовой приемной системы (N≥3), в которой ПП территориально разнесены, а их координаты известны. В каждом ПП, снабженном системой единого времени, определяется момент прихода сигнала источника излучения, который по линии связи передается в пункт обработки. В пункте обработки все N ПП разбиваются на всевозможные тройки ПП с одним общим центральным ПП с образованием таких троек, определяются N-1 разность моментов прихода сигнала соответственно в каждый из периферийных ПП и в центральный ПП, каждая тройка ПП используется как трехпунктовая гиперболическая система местоопределения, в которой по разности моментов прихода сигнала в каждый из двух периферийных ПП относительно центрального ПП этой тройки ПП определяются две гиперболы - линии местоположения оценок источника излучения (в каждой из указанных трехпунктовых систем номером 1 обозначен центральный ПП, а номерами 2 и 3 - периферийные):

где t_1m, t_2m и t_3m - моменты прихода сигнала, a x_1m, y_1m; x_2m, y_2m и x_3m; y_3m - координаты соответствующих ПП, в m-й тройке ПП, с=3·10⁸ м/с - скорость распространения электромагнитного сигнала (скорость света), и - координаты оценок местоположения источника излучения, полученные при использовании m-й тройки ПП, а индекс k представляет собой номер решения системы уравнений (1) - номер точки пересечения этой пары гипербол, количество точек пересечения не превышает двух, откуда k может принимать значение либо 0, либо 1, либо 1 и 2. (Значение k=0 означает отсутствие решения системы уравнений (1), что может быть в случае погрешностей в оценках моментов прихода сигнала источника излучения в тройку ПП, при этом либо хотя бы одно из равенств в (1) не выполняется ни при каких x_0m и y_0m, либо эти гиперболы не пересекаются). В результате перебора всех трехпунктовых систем образуется массив ПОМИИ: x_0q, y_0q (q=1÷Q, Полученный массив используется для определения величины группировки A_q (q=1÷Q) этого массива в каждой из Q точек этого же массива.

Точка массива с максимальной величиной группировки Max(A_q,(q=1÷Q)) принимается за усредненную оценку местоположения первого источника излучения.

В отличие от [2] в настоящей заявке определяется также местоположение отражателя в случае, когда некоторые ПП принимают сигнал непосредственно от излучателя, а другие, из-за перекрытия прямого пути распространения сигнала от излучателя до ПП, - после отражения от отражателя, как это показано на фиг.1. Это происходит, например, при определении момента прихода сигнала в ПП по превышению огибающей сигнала установленного порогового уровня, при этом даже частичное перекрытие прямого пути распространения сигнала от излучателя до ПП приводит к тому, что принятый сигнал излучателя может оказаться по амплитуде меньше порогового уровня, а сигнал отражателя - больше порогового уровня. Для решения поставленной задачи N ПП разбиваются на всевозможные тройки ПП с образованием трехпунктовых систем, а не только на те тройки, в которые входит один общий - центральный ПП. В каждой из трехпунктовых систем один ПП (обозначается номером 1) используется как центральный ПП в тройке, а два остальные (с номерами 2 и 3) - как периферийные, при этом используется группировка оценок местоположения каждого источника (излучатель и отражатель) в окрестности истинного местоположения соответствующего источника. Так как трехпунктовая гиперболическая система местоопределения дает не более одной правильной оценки местоположения источника излучения, для образования массива оценок каждого из источников необходимо, чтобы количество ПП, принимающих сигнал от каждого из источников, было не менее четырех, откуда требуемое общее количество ПП для раздельного местоопределения излучателя и отражателя должно быть не менее восьми (N≥8).

При каждой ПОМИИ оценивается также момент его излучения как разность между моментом прихода сигнала в центральный ПП тройки ПП и временем распространения сигнала от вычисленного местоположения источника до центрального ПП:

Таким образом, после перебора всех трехпунктовых систем образуется массив ПООМИИ: x_0q, y_0q, z_0q, где z_0q=c·t_0q (q=1÷Q, ): Q - точек в трехмерном пространстве признаков x, y, z (z=c·t), в каждой из точек этого массива вычисляется величина группировки этого же массива A_q, (q=1÷Q), в качестве которой используется величина, пропорциональная плотности вероятности нахождения источника в указанной точке [3]:

где - обобщенное расстояние между n-й и q-й трехмерными ПООМИИ, а параметр R выбирают порядка ожидаемой шумовой погрешности ПООМИИ, координаты точки x_0q1, y_0q1, z_0q1 (z_0q1=c·t_0q1), (q1:Max(Aq,(q=1÷Q))), соответствующей максимуму A_q (q=1÷Q), принимают в качестве усредненной оценки обобщенного местоположения первого источника излучения, затем из исходного массива ПООМИИ образуют второй массив ПООМИИ, точки которого отстоят от точки с координатами x_0q1, y_0q1, z_0q1 (z_0q1=c·t_0q1) на величину, большую наперед заданного порогового значения R_к:

где в этом массиве, объемом Q2, определяют точку с максимальной величиной группировки (q2:Max(A_q(q∈Q2))): x_0q2, y_0q2, z_0q2 (z_0q2=c·t_0q2) и принимают координаты этой точки в качестве усредненной оценки координат второго источника излучения.

С учетом того, что в трехмерном пространстве x, y, z расстояние между излучателем и отражателем равняется где R_ио - расстояние между излучателем и отражателем на плоскости, значение R_к выбирается порядка половины ожидаемой величины : а так как значение R_ио заранее не известно, в качестве R_ио используется минимальное ожидаемое расстояние между излучателем и отражателем на плоскости.

Полученные при этом моменты излучения t_0q1 и t_0q2 сравниваются между собой по величине и, с учетом того, что момент отражения сигнала от отражателя запаздывает по времени относительно момента излучения сигнала излучателем, источник излучения с более ранним вычисленным моментом излучения принимается за излучатель, а с более поздним - за отражатель.

На фиг.1÷4 приведены графики, иллюстрирующие предлагаемый способ.

На фиг.1 приведен пример контролируемой территории площадью 10×10 м², на которой по диагонали симметрично относительно центра расположены излучатель (И) и отражатель (О) на расстоянии 3 м друг от друга, а по периметру помещения расположены 12 ПП (ПП1÷ПП12) с примерно постоянным шагом.

Рассмотрен случай, когда сигнал приходит в 6 ПП (ПП1÷ПП6) непосредственно от излучателя, а в оставшиеся 6 ПП (ПП7÷ПП12) - после отражения от отражателя, при этом ПП, принимающие сигнал от каждого из двух источников (излучатель и отражатель), расположены около соответствующего источника. Стрелками на графике указаны пути распространения сигнала от излучателя до каждого ПП. (Чтобы не загромождать рисунок, пункт обработки не указан, он может быть, например, объединен с одним из ПП).

На фиг.2 приведен пример массива ПОМИИ: x_0q, y_0q (q=1÷Q) на плоскости x, y, вычисленного для приведенного на фиг.1 случая.

При расчетах было установлено: стандартное отклонение погрешности оценки момента прихода сигнала в каждый ПП: σ_t=0.2 нс, R=0.2 м - формула (3), R_к=1 м - формула (4), массив ПОМИИ (и, соответственно, ПООМИИ) составил: Q=183.

На графике стрелками указаны полученные в результате расчета группировки ПОМИИ, сосредоточенные вблизи истинных мест расположения каждого из источников: 1 - излучателя и 2 - отражателя, при этом отличие результирующих оценок местоположения каждого из источников излучения от истинного местоположения соответствующего источника не превысило 10 см.

На графике некоторые ПОМИИ находятся в точках, далеко отстоящих от истинных положений источников, эти оценки являются, как правило, либо вторыми решениями уравнения (1), либо перекрестными ошибками, вызванными тем, что в некоторых трехпунктовых гиперболических системах местоопределения сигналы в разные ПП системы поступают от разных источников (в один ПП от излучателя, а в два другие - от отражателя, либо наоборот).

На фиг.3 приведен пример массива трехмерных ПООМИИ: x_0q, y_0q, z_0q (q=1÷Q), где z_0q=c·t_0q, соответствующего двухмерному массиву, приведенному на фиг.2. Величины вычисленных значений моментов излучения t_0q обозначены вертикальными столбцами вдоль оси z, в виде z=c·t. На оси z значение z₀ равно: z₀=c·t₀, где t₀ - момент излучения сигнала излучателем, таким образом, значение z=z₀ соответствует моменту излучения сигнала излучателем, a z=z₀+3 м - моменту отражения сигнала отражателем.

На фиг.4 приведены вычисленные по формуле (3) величины группировок массива ПОМИИ: A_q (q=1÷Q) как функции от x, y. На графике видно, что вблизи истинного местоположения каждого из источников значения A_q имеют относительные максимумы.

Предлагаемый способ местоопределения включает следующую последовательность операций: а) излучают с помощью излучателя, координаты которого неизвестны, импульсный СВЧ электромагнитный сигнал, длительностью Т=20 нс с прямоугольной огибающей и квазипериодическим заполнением с периодом 0.25 нс, с помощью вертикальной электрической антенны, высотой 5 см, б) отражают указанный сигнал с помощью отражателя, координаты которого неизвестны, в) принимают излученные сигналы излучателя и отражателя с помощью вертикальных электрических антенн, высотой по 5 см каждая, системой, состоящей не менее чем из восьми (N≥8) территориально разнесенных ПП, координаты которых известны, каждый из которых имеет систему единого времени с допустимым расхождением шкал времени между ПП Δt≤0.02 нс, причем каждый ПП принимает сигнал либо излучателя, либо отражателя, при этом в каждом ПП последовательно г) усиливают принятый сигнал, д) фильтруют в полосе частот 2÷6 ГГц с помощью полосового фильтра, е) двухсторонне детектируют, ж) сравнивают с заранее установленным пороговым уровнем, з) определяют момент прихода сигнала как момент первого превышения сигналом порогового уровня, и) передают полученное значение по линии связи в пункт обработки, где к) разбивают все ПП на всевозможные тройки ПП, с образованием таких троек, при этом для каждой тройки ПП л) определяют две разности моментов прихода сигнала в каждый из двух произвольно выбранных ПП относительно третьего ПП, м) каждую из полученных разностей используют для определения гиперболы оценок местоположения источника излучения, н) точки пересечения полученной при этом пары гипербол определяют как ПОМИИ на плоскости, о) для каждой полученной ПОМИИ вычисляют момент излучения источника, п) после перебора всех троек ПП получают трехмерный массив ПООМИИ, каждый элемент которого описывается двумя координатам на плоскости x, y и координатой z=c·t, где t - момент излучения, р) вычисляют величину группировки массива ПООМИИ в каждой из точек этого же массива, с) определяют точку массива с максимальной величиной группировки и т) принимают координаты этой точки за координаты усредненной оценки обобщенного местоположения первого источника излучения, у) определяют обобщенные расстояния между каждой из точек массива и точкой усредненной оценки обобщенного местоположения первого источника излучения, ф) определяют второй массив точек ПООМИИ, исключая из первого массива точек те точки, обобщенное расстояние которых в пространстве x, y, z до усредненной оценки обобщенного местоположения первого источника излучения меньше наперед заданной величины, х) определяют точку второго массива ПООМИИ с максимальной величиной группировки и ц) принимают координаты этой точки за координаты усредненной оценки обобщенного местоположения второго источника излучения, ч) сравнивают вычисленные моменты излучения первого и второго из полученной, таким образом, пары источников, ш) усредненную оценку обобщенного местоположения источника излучения с более ранним моментом излучения принимают за результирующую оценку обобщенного местоположения излучателя, а с более поздним - отражателя. При реализации предлагаемого способа устанавливается:

- количество ПП N≥8,

- электрическая антенна излучателя - вертикальная штыревая, длиной 5 см,

- электрическая антенна каждого из ПП - вертикальная штыревая, длиной 5 см,

- длительность сигнала излучателя 20 нс,

- огибающая излученного сигнала - прямоугольная,

- частота заполнения огибающей излученного сигала 4 ГГц,

- фильтры в ПП - полосовые с полосой пропускания (2÷6) ГГц,

- допустимое расхождение шкал единого времени между ПП 0.02 нс,

- диапазон дальностей способа 30 м,

- значение параметра R в формуле (3), использованное при расчете графиков на фиг.2÷4, R=0.2 м,

- значение параметра R_к в формуле (4), использованное при расчете графиков на фиг.2÷4, R_к=1 м,

- стандартное отклонение погрешности оценки момента прихода сигнала в каждый ПП, использованное при расчете графиков на фиг.2÷4, σ_t=0.2 нс.

Предлагаемый способ позволяет определить кроме местоположения излучателя также местоположение отражателя за счет 1) определения кроме ПОМИИ (излучателя и отражателя) также оценок моментов их излучения с образованием массива ПООМИИ, 2) расчета величин группировок массива ПООМИИ в трехмерном пространстве признаков (координаты источников излучения на плоскости и соответствующие моменты излучения) в этих же точках и 3) определения двух точек, расстояние между которыми превышает установленное значение, с максимумами величин группировок, 4) сравнения моментов излучения вычисленной пары источников и 5) принятия источника излучения с более ранним моментом излучения за излучатель, а с более поздним - за отражатель.

Технический результат использования предложенного способа по сравнению с прототипом состоит в местоопределении как излучателя, так и отражателя, что может быть использовано в помещениях, например на складах, для повышения точности местоопределения излучающих объектов при контроле их несанкционированного перемещения.

Литература

1. Erickson B.J., Anderson N.R. Multipath Tolerant Location System and Method Therefor. Patent USA №5.534.876, 09.07.1996. C1. 342-387.

2. Kuwahara M. et al. Position Calculation Method and Position Calculation Apparatus. Patent USA №6.671.649, 30.12.2003. C1. 702-150.

3. Епанечников В.А Непараметрическая оценка многомерной плотности вероятности. // Теория вероятностей и ее применения. Т.XIV. №1. С.156-162. 1969.

Изобретение относится к средствам пассивной радиолокации, в частности к способам многопунктового гиперболического местоопределения источников излучения, и может быть использовано для контроля за перемещением излучающих объектов и отражателей внутри помещения. Импульсный электромагнитный СВЧ сигнал излучателя или отражателя принимается приемной системой, состоящей из N (N≥8) ПП, определяются моменты прихода сигнала в НИ, ПП разбиваются на всевозможные тройки ПП, каждая из которых используется в качестве трехпунктовой гиперболической системы местоопределения, с помощью которых вычисляются первичные оценки обобщенного местоположения источника излучения, включающие их координаты на плоскости и моменты излучения, определяются два максимума величин группировок этих оценок при расстоянии между ними, большем, чем установленное пороговое значение, соответствующие координаты точек принимаются за оценки координаты первого и второго источника излучения, затем путем сравнения вычисленных моментов излучения этих двух источников, местоположение одного из этих источников относят к результирующей оценке местоположения излучателя, а другого - отражателя. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей, заключающийся в определении местоположение как излучателя, так и отражателя, а также - повышение точности местоопределения излучателя. 4 ил.

Способ определения местоположения излучателя и отражателя, заключающийся в том, что с помощью излучателя излучают импульсный сигнал, принимают указанный сигнал с помощью приемной системы, состоящей из территориально разнесенных приемных пунктов (ПП), координаты которых известны, снабженных системой единого времени, причем один из ПП является центральным, а остальные N-1 - периферийными, определяют в каждом ПП момент прихода указанного сигнала и передают полученное значение в пункт обработки, отличающийся тем, что импульсный сигнал, излученный излучателем и отраженный отражателем с неизвестными координатами, расположенным на той же плоскости, что и излучатель, и приемные пункты также принимают соответствующими ПП приемной системы, количество ПП N≥8, при этом в пункте обработки из указанных N≥8 ПП составляют всевозможные тройки ПП с образованием таких троек, используют каждую тройку ПП как гиперболическую систему местоопределения, для чего определяют разности моментов прихода сигнала соответственно в каждый из периферийных ПП и в центральный ПП указанной тройки ПП, по полученной паре разностей определяют две гиперболы - линии оценок местоположения источника излучения, в каждой m-й трехпунктовой системе номером 1 обозначен центральный ПП, а номерами 2 и 3 - периферийные ПП:

где t_1m, t_2m и t_3m - моменты прихода сигнала; x_1m, y_1m; x_2m, y_2m и x_3m, y_3m - координаты соответствующих ПП в m-й тройке ПП; с=3·10⁸ м/с - скорость распространения электромагнитного сигнала (скорость света); и координаты оценок местоположения источника излучения, полученные при использовании m-й тройки ПП, а индекс k представляет собой номер решения указанной системы уравнений (k≤2), кроме того, определяют оценку момента излучения источника: для вычисления которой из момента прихода сигнала в первый ПП указанной трехпунктовой системы вычитают время распространения сигнала от вычисленного местоположения источника излучения до первого ПП:

откуда, после перебора всех трехпунктовых систем, получают массив трехмерных первичных оценок обобщенных местоположений источников излучения (ПООМИИ): x_0q, y_oq, z_0q (q=1÷Q), где x_0q и y_0q соответственно x и y координаты q-й ПООМИИ, z_0q=c·t_0q, t_0q - соответствующая первичная оценка момента излучения, a Q - общее количество ПООМИИ , рассчитывают величины группировки этого массива в каждой из точек этого же массива, причем в качестве величины группировки используют значение A_q, определяемое как:

где - обобщенное расстояние между n-й и q-й ПООМИИ, а параметр R выбирают порядка ожидаемой шумовой погрешности ПООМИИ, при этом координаты точки с максимальной величиной группировки: x_0q1, y_0q1, z_0q1 (q1:max(A_q)), где z_0q1=c·t_0q1, принимают за координаты усредненной оценки обобщенного местоположения первого источника излучения, a t_0q1 - за его момент излучения, затем из массива ПООМИИ образуют второй массив ПООМИИ, обобщенное расстояние точек которого от точки с координатами x_0q1, y_1q1 z_0q1:r_nq1 превышает наперед заданную пороговую величину R_к:

где причем R_к по величине устанавливают порядка где R_ио - минимальное ожидаемое расстояние между излучателем и отражателем на плоскости, находят в этом массиве точку с максимальной величиной группировки Max(A_q(q∈:Q₂)): x_0q2, y_0q2, z_0q2 (z_0q2=c·t_0q2), где Q₂ - объем нового массива ПООМИИ, принимают указанную точку за усредненную оценку обобщенного местоположения второго источника излучения, a t_0q2 - за его момент излучения, сравнивают между собой по величине моменты излучения t_0q1 и t_0q2, и принимают усредненную оценку местоположения источника излучения с более ранним моментом излучения за результирующую оценку местоположения излучателя, а с более поздним - отражателя.