СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИЗЛУЧАТЕЛЯ И ОТРАЖАТЕЛЯ Российский патент 2010 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 определения местоположения излучателя и отражателя внутри помещения.

В системах местоопределения источников импульсных сигналов на плоскости часто используются трехпунктовые гиперболические системы местоопределения, основанные на разностях моментов прихода сигнала в приемные пункты (ПП), не требующие направленных антенн и двухсторонней связи между излучателем и ПП [1]. При увеличении количества ПП свыше трех для получения усредненной оценки местоположения источника излучения используется метод разбиения многопунктовой системы на всевозможные трехпунктовые гиперболические системы, вычисления с их помощью первичных оценок местоположения источника излучения (ПОМИИ) и принятия в качестве результирующей оценку с максимальной величиной группировки указанных ПОМИИ [2-3].

Известен способ местоопределения источника излучения на плоскости, реализованный в [4]. 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, использовании указанных разностей для определения массива ПОМИИ, расчете величины группировки ПОМИИ в каждой точке этого же массива и принятии местоположения ПОМИИ с максимальной величиной группировки за результирующую оценку местоположения излучателя и 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 определяют две гиперболы - линии оценок местоположения излучателя, 9) принимают точки пересечения указанных гипербол за ПОМИИ, 10) получают 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, 13) принимают эту ПОМИИ за результирующую оценку местоположения излучателя.

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

Наиболее близким к заявленному техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ определения местоположения излучателя и отражателя на плоскости, реализованный в [5]. Этот способ основан на приеме сигнала излучателя или отражателя N-пунктовой (N≥8) приемной системой, определении моментов прихода сигнала в указанные ПП, разбиении N ПП на всевозможные тройки ПП с образованием таких троек, использовании каждой тройки ПП в качестве трехпунктовой гиперболической системы местоопределения, на определении в каждой тройке ПП двух разностей моментов прихода сигнала в каждый из двух произвольно выбранных ПП относительно третьего ПП, использовании каждой из полученных разностей для определения гиперболы оценок местоположения источника излучения, принятии точек пересечения полученной пары гипербол в качестве ПОМИИ, вычислении для каждой полученной ПОМИИ момента излучения, переборе всех троек ПП с образованием исходного массива трехмерных первичных оценок обобщенного местоположения источника излучения (ПООМИИ), каждый элемент которого описывается двумя координатами на плоскости и моментом излучения, помноженным на скорость света, вычислении величины группировки указанного массива ПООМИИ в каждой из точек этого же массива, определении первой усредненной первичной оценки местоположения источника излучения (УПООМИИ) в точке с максимальной величиной группировки и принятии указанной УПООМИИ за УПООМИИ первого источника излучения, на принятии в качестве второй УПООМИИ точку с максимальной величиной группировки той части массива ПООМИИ, точки которой отстоят от первой УПООМИИ на величину, превышающую установленное пороговое значение, а также на определении принадлежности каждой из двух полученных УПООМИИ к излучателю или отражателю по результату сравнения вычисленных моментов излучения этих УПООМИИ.

Этот способ состоит в том, что 1) с помощью всенаправленной вертикальной электрической антенны излучателя, координаты которого подлежат определению, излучают импульсный сигнал, 2) отражают излученный сигнал с помощью отражателя, координаты которого подлежат определению, 3) принимают излученный сигнал либо непосредственно от излучателя, либо после отражения от отражателя, с помощью вертикальных электрических антенн системой, состоящей не менее, чем из восьми (N≥8) территориально разнесенных ПП, координаты которых известны, каждый из которых имеет систему единого времени, 4) в каждом ПП определяют момент прихода сигнала и 5) передают полученное значение по линии связи в пункт обработки, где 6) разбивают все ПП на всевозможные тройки ПП, с образованием таких троек, при этом 7) каждую тройку ПП используют как трехпунктовую гиперболическую систему местоопределения, для чего 8) в каждой тройке ПП определяют две разности моментов прихода сигнала в каждый из двух произвольно выбранных ПП относительно третьего ПП, 9) каждую из полученных разностей используют для определения гиперболы оценок местоположения источника излучения на плоскости, 10) точки пересечения полученной при этом пары гипербол определяют как ПОМИИ, 11) для каждой ПОМИИ вычисляют момент излучения, с образованием соответствующей трехмерной ПООМИИ, 12) после перебора всех троек ПП получают массив ПООМИИ, каждый элемент которого описывается двумя координатами на плоскости x, y и координатой z=c·t, где t - момент излучения, а c=3·10⁵ км/с - скорость распространения сигнала (скорость света), 13) вычисляют величину группировки полученного массива ПООМИИ в каждой из точек этого же массива, 14) определяют ПООМИИ с максимальной величиной группировки, 15) принимают координаты этой ПООМИИ за УПООМИИ первого источника излучения (не уточняя, излучатель или отражатель), затем 16) из исходного массива ПООМИИ образуют второй массив ПООМИИ, обобщенное расстояние точек которого от точки, соответствующей полученной первой УПООМИИ, превышает наперед заданную пороговую величину, 17) находят в этом массиве точку с максимальной величиной группировки второго массива ПООМИИ, 18) принимают указанную точку за УПООМИИ второго источника излучения, 19) сравнивают между собой по величине вычисленные моменты излучения первой и второй УПООМИИ и 20) принимают УПООМИИ с более ранним моментом излучения за результирующую оценку местоположения излучателя, а с более поздним - отражателя.

Недостатком указанного способа является недостаточная точность, вызванная тем, что в случае, когда количество ПП, принимающих сигнал от одного из источников излучения (излучателя или отражателя), существенно меньше количества ПП, принимающих сигнал от второго источника излучения, максимум группировки ПООМИИ, который принимается за второй источник излучения, может существенно отличаться от истинного положения источника из-за большого количества "перекрестных" ПООМИИ, вызванных тем, что в некоторых трехпунктовых системах два ПП принимают сигнал от одного источника (например излучателя), а один ПП - от второго источника (соответственно - отражателя).

Целью настоящего изобретения является повышение точности местоопределения излучателя и отражателя с помощью N-пунктовой (N≥8) гиперболической системы местоопределения за счет исключения из второго массива ПООМИИ точек, заведомо не принадлежащих второму источнику излучения, путем вычисления для каждой точки второго массива ПООМИИ скорости распространения сигнала между указанной ПООМИИ и первой УПООМИИ, вычисления модуля относительного отличия полученной при этом скорости от скорости света и исключения из второго массива ПООМИИ тех ПООМИИ, у которых это отличие превышает наперед заданную величину.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе многопунктового определения местоположения излучателя и отражателя, включающем излучение импульсного сигнала излучателем, отражение указанного сигнала отражателем, прием излученного сигнала либо непосредственно от излучателя, либо после отражения от отражателя с помощью приемной системы, состоящей из N≥8 территориально разнесенных ПП, координаты которых известны, снабженных системой единого времени, определение в каждом ПП момента прихода сигнала и передачу полученного значения в пункт обработки, в пункте обработки разбиение N ПП на всевозможные тройки ПП, использование каждой тройки ПП как трехпунктовой гиперболической системы местоопределения, при этом в каждой тройке ПП по разностям моментов прихода сигнала в два произвольно выбранных ПП относительно третьего ПП определение ПОМИИ, а по оценке момента излучения указанной ПОМИИ определение ПООМИИ в трехмерном пространстве признаков: x, y, z (z=c·t), где x и y - вычисленные координаты источника излучения на плоскости, t - момент его излучения, а c=3·10⁵ км/с - скорость распространения сигнала, при этом после перебора всех трехпунктовых систем образование исходного массива ПООМИИ объемом Q, расчет величины группировки этого массива в каждой точке этого же массива, нахождение ПООМИИ с максимальной величиной группировки и принятие ее обобщенных координат: x_0q1, y_0q1, z_0q1 за УПООМИИ первого источника излучения (без уточнения - излучатель или отражатель), образование из исходного массива ПООМИИ второго массива, точки которого расположены на расстояниях от УПООМИИ первого источника излучения, превышающих заданную пороговую величину,

,

где - обобщенное расстояние между p-й ПООМИИ и первой УПООМИИ; x_0p, y_0p, z_0p=c·t_0p - обобщенные координаты p-й ПООМИИ, а p-индекс элемента части исходного массива ПООМИИ, удовлетворяющий условию , причем R_K по величине устанавливают порядка , где r_m - минимальное ожидаемое расстояние между излучателем и отражателем на плоскости, образуют при этом второй массив ПООМИИ, рассчитывают величины группировки этого массива в каждой точке этого же массива, находят ПООМИИ с максимальной величиной группировки и принимают ее обобщенные координаты: x_0p2, y_0p2, z_0p2=c·t_0p2, где t_0p2 - оценка момента излучения указанной ПООМИИ, за УПООМИИ второго источника излучения (излучателя или отражателя), моменты излучения первой и второй УПООМИИ: t_0q1 и t_0p2 сравнивают между собой по величине и принимают УПООМИИ с более ранним моментом излучения за результирующую оценку местоположения излучателя, а с более поздним - за результирующую оценку местоположения отражателя, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ для каждой точки второго массива ПООМИИ вычисляют скорость распространения сигнала между указанной точкой и УПООМИИ первого источника излучения: v_pq1=r_pq1/Δt_pq1, где Δt_pq1=t_0p-t_0q1 - интервал времени между вычисленными моментами излучения соответственно указанной ПООМИИ - t_0p и УПООМИИ первого источника излучения - t_0q1, a - вычисленное расстояние между этими же точками, вычисляют модуль относительного отличия v_pq1 от скорости света: β_pq1=|v_pq1-c|/c и исключают из указанного массива те ПООМИИ, у которых это отличие превышает наперед заданную величину β₀, при этом во втором массиве ПООМИИ остаются только те точки, которые удовлетворяют условию:

β_hq1<β₀.

где h - индекс элемента части второго массива ПООМИИ, удовлетворяющей указанному условию, с образованием нового второго массива ПООМИИ объемом Q2.

Новым в предложенном способе многопунктового местоопределения источника электромагнитного сигнала по сравнению с прототипом является определение скорости распространения сигнала между первой УПООМИИ и каждой из точек второго массива ПООМИИ, вычисление модуля относительного отличия полученной при этом скорости от скорости света и исключение из второго массива ПООМИИ тех ПООМИИ, у которых это отличие превышает наперед заданную величину, с образованием при этом нового второго массива ПООМИИ.

На фиг.1÷7 приведены графики, иллюстрирующие предлагаемый способ, где обозначено: И - излучатель, О - отражатель.

На фиг.1 приведен пример контролируемой территории площадью 10×10 м², на которой по диагонали симметрично относительно центра расположены излучатель и отражатель на расстоянии 3 м друг от друга, а по периметру помещения расположены 12 приемных пунктов (ПП1÷ПП12) с примерно одинаковым шагом. Рассмотрен случай, когда 8 ПП (ПП1÷ПП8) принимают сигналы непосредственно от излучателя, а остальные 4 ПП (ПП9÷ПП12) - после отражения от отражателя. Стрелками на графике указаны пути распространения сигнала от излучателя до каждого ПП. (Пункт обработки не указан, он может быть объединен с одним из ПП.)

На фиг.2 приведен пример расположения точек исходного массива ПОМИИ, попавших на обслуживаемую территорию: x_0q, y_0q (q=1÷Q, Q=210). На графике (так же, как и на фиг.3÷7) стрелки указывают на места расположения источника (И) и отражателя (О). (ПОМИИ, не попавшие на контролируемую территория, на графике не отображены, так же как и на фиг.3-7.)

На фиг.3 приведен массив трехмерных ПООМИИ, соответствующий массиву ПОМИИ на фиг.2: x_0q, y_0q, z_0q (q=1÷Q), z_0q=c·t_0q, где t_0q - вычисленный момент излучения источника, соответствующего указанной ПООМИИ, а c - скорость света, при этом величины z_0q обозначены вертикальными столбцами вдоль оси z, а момент излучения сигнала излучателем принят за t₀=0.

Из приведенных фиг.2 и фиг.3 видно, что некоторые ПОМИИ и ПООМИИ находятся в точках, далеко отстоящих от истинных местоположений источников, эти оценки являются, как правило, либо вторыми решениями системы уравнений (1), либо перекрестными ошибками, вызванными тем, что в некоторых трехпунктовых гиперболических системах местоопределения сигналы в разные ПП поступают от разных источников (в один ПП от излучателя, а в два другие - от отражателя, либо наоборот).

На фиг.4 приведены вычисленные по формуле (3) величины группировки исходного массива ПООМИИ, представленного на фиг.3, в точках этого же массива: A_q (q=1÷Q) как функции от x, y.

На фиг.5 приведены расположения точек второго массива ПОМИИ, попавших на обслуживаемую территорию: x_0h, y_0h (h=1÷Q2, Q2=9).

На фиг.6 приведен второй массив трехмерных ПООМИИ, соответствующий массиву ПОМИИ, представленному фиг.5: x_0h y_0h, z_0h (h=1÷Q2), z_0h=c·t_0h, где t_0h - вычисленный момент излучения источника, соответствующего указанной ПООМИИ, величины z_0h обозначены вертикальными столбцами вдоль оси z, а момент излучения сигнала излучателем принят за t₀=0.

На фиг.7 приведен график вычисленных по формуле (6) величин группировки второго массива ПООМИИ, представленного на фиг.6, в точках этого же массива: B_h (h=1÷Q2) как функции от x, y.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что, как и в известном способе [5], местоопределение источника излучения импульсного сигнала и отражателя осуществляется с помощью N-пунктовой приемной системы, в которой ПП территориально разнесены и охвачены системой единого времени. В каждом ПП определяется момент прихода сигнала либо от излучателя, либо от отражателя, который по линии связи передается в пункт обработки, где все N ПП разбиваются на всевозможные тройки ПП с образованием таких троек. Для простоты на фиг.1 пункт обработки не обозначен - он может быть объединен с одним из ПП. Каждая тройка ПП используется как трехпунктовая гиперболическая система местоопределения источника излучения, в которой по разности моментов прихода сигнала в каждый из двух произвольно выбранных периферийных ПП относительно центрального ПП этой тройки определяются как первичные оценки местоположения источника излучения, так и оценки моментов излучения полученных источников и, таким образом, образуются ПООМИИ в трехмерном пространстве признаков: x, y, z=c·t, при этом после перебора всех трехпунктовых систем образуется исходный массив ПООМИИ объемом Q. В каждой точке исходного массива ПООМИИ рассчитывается величина группировки этого же массива A_q (q=1÷Q) и находится ПООМИИ с максимальной величиной группировки - первая УПООМИИ, которая принимается за результирующую оценку первого источника излучения (излучателя или отражателя без конкретизации типа источника), затем из исходного массива ПООМИИ образуется второй массив ПООМИИ, для этого вначале из исходного массива ПООМИИ исключаются точки, которые отстоят от первой УПООМИИ (от точки с координатами x_0q1, y_0q1, z_0q1 (z_0q1=c·t_0q1)) на величину, большую наперед заданного порогового значения, затем для каждой точки оставшегося массива ПООМИИ вычисляется скорость распространения сигнала от первой УПООМИИ до рассматриваемой точки, и те точки, у которых модуль относительного отличия полученной скорости от скорости света превышает наперед заданное пороговое значение, также исключаются из дальнейшего рассмотрения с образованием в результате второго массива объемом Q2. В каждой точке полученного при этом второго массива ПООМИИ вычисляется величина группировки этого же массива B_h (h=1÷Q2), определяется точка с максимальной величиной группировки, координаты которой: x_0h2, y_0h2, z_0h2 (z_0h2=c·t_0h2) принимаются за УПООМИИ второго источника излучения, при этом из полученной в результате пары УПООМИИ за излучатель принимается УПООМИИ с более ранним моментом излучения, а за отражатель - с более поздним.

Местоопределение излучателя и отражателя на плоскости осуществляется следующим образом. Как и в известном способе [5], местоопределение источника излучения осуществляется с помощью N-пунктовой приемной системы (N≥8), 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, где N ПП разбиваются на всевозможные тройки ПП и каждая тройка ПП используется как трехпунктовая гиперболическая система местоопределения, в которой по двум разностям моментов прихода сигнала в каждый из двух произвольно выбранных 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, а x_1m, y_1m; x_2m, y_2m и x_3m, y_3m - координаты соответствующих ПП в m-й тройке ПП , c=3·10 м/с - скорость распространения электромагнитного сигнала (скорость света), и - координаты оценок местоположения источника излучения, а индекс k представляет собой номер решения системы уравнений (1) - номер точки пересечения пары гипербол (количество пересечений двух гипербол не превышает двух). В результате перебора всех трехпунктовых систем образуется массив ПОМИИ: x_0q, y_0g (q=1÷Q, ).

По предлагаемому способу, как и в прототипе [5], для каждой ПОМИИ оценивается момент излучения источника как разность между моментом прихода сигнала в центральный ПП соответствующей тройки ПП и временем распространения сигнала от местоположения вычисленного источника до центрального ПП этой тройки:

При этом оценки местоположения источников излучения представляются в трехмерной системе координат, где в качестве третьей координаты используется величина z=c·t, где t - время, которым описываются вычисленные моменты излучения сигнала. После перебора всех трехпунктовых систем образуется массив ПООМИИ объемом Q; x_0q, y_0q, z_0q где z_0q=c·to_q (q=1÷Q, ), в каждой из точек этого массива вычисляется величина группировки этого же массива, в качестве которой используется величина A_q (q=1÷Q):

где - обобщенное расстояние между n-й и q-й ПООМИИ, а параметр R выбирается порядка ожидаемой шумовой погрешности ПООМИИ, при этом координаты точки x_0q1, y_0q1, z_0q1 (z_0q1=c·t_0q1), соответствующей максимуму A_q (q1:Max(A_q, (q=1÷Q))), принимается за первую УПООМИИ, (УПООМИИ первого источника излучения без определения на этом этапе расчета, излучатель или отражатель), затем определяются "кандидаты" во второй источник излучения, для этого вначале из исходного массива ПООМИИ образуется массив ПООМИИ, точки которого отстоят от первой УПООМИИ на величину, большую наперед заданного порогового значения R_K:

где - обобщенное расстояние между p-й ПООМИИ и первой УПООМИИ; x_0p, y_0p, z_0p=c·t_0p - обобщенные координаты p-й ПООМИИ, а p-индекс элемента части исходного массива ПООМИИ, удовлетворяющий условию (4), причем R_K по величине устанавливают порядка , где r_m - минимальное ожидаемое расстояние между излучателем и отражателем на плоскости.

Согласно предлагаемому методу, для каждой p-й точки полученного при этом массива вычисляется скорость распространения сигнала от первой УПООМИИ до указанной ПООМИИ: v_pq1=r_pq1/Δt_pq1, где Δt_pql=t_0p-t_0q1 - интервал времени между вычисленными моментами излучения соответственно указанной ПООМИИ - t_0p и первой УПООМИИ - t_0q1, а - вычисленное расстояние между этими же точками, вычисляется модуль относительного отличия v_pq1 от скорости света: β_pq1=|v_pq1-c|/c, где c - скорость света. При этом, если рассматриваемая ПООМИИ соответствует второму источнику излучения, то при отсутствии погрешностей измерения величина β_pq1 равняется нулю. Для исключения точек, не соответствующих второму источнику излучения, из дальнейшего рассмотрения исключаются те ПООМИИ, у которых β_pq1 превышает наперед заданную величину β₀, при этом во втором массиве ПООМИИ остаются только те точки, которые удовлетворяют условию:

где h - индекс элемента части второго массива ПООМИИ, удовлетворяющей условию (5), с образованием нового второго массива ПООМИИ "кандидатов" во второй источник излучения объемом Q2 (h=1÷Q2).

Для определения второй УПООМИИ, как и в прототипе, рассчитываются величины группировки массива ПООМИИ "кандидатов" во второй источник излучения в каждой точке этого же массива, аналогично (3):

определяется точка этого массива с максимальной величиной группировки (h2:Max(B_h (h=1÷Q2))): координаты которой x_0h2, y_0h2, z_0h2 (z_0h2=c·t_0h2) принимаются в качестве УПООМИИ второго источника излучения (излучателя или отражателя). С учетом того, что отражение сигнала от отражателя происходит позднее излучения сигнала излучателем, моменты излучения полученной пары УПООМИИ t_0q1 и t_0h2 сравниваются между собой по величине и УПООМИИ с более ранним моментом излучения принимается за результирующую оценку местоположения излучателя, а с более поздним - за результирующую оценку местоположения отражателя.

Так как трехпунктовая гиперболическая система местоопределения дает не более одной правильной оценки местоположения источника излучения, для образования массива оценок каждого из источников (излучателя и отражателя) 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).

В результате расчета получено, что отличие результирующих оценок местоположения излучателя и отражателя от своих истинных значений составило соответственно 4 см и 42 см.

Предлагаемый способ местоопределения включает следующую последовательность операций: а) излучают с помощью излучателя, координаты которого неизвестны, импульсный СВЧ электромагнитный сигнал длительностью Т=20 нс с периодическим заполнением с периодом 0.25 нс с использованием вертикальной электрической антенны высотой 5 см, б) отражают указанный сигнал с помощью отражателя, координаты которого неизвестны, в) принимают 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, связанных системой единого времени с расхождением шкал времени между ПП не более 0.02 нс, 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) детектируют, ж) сравнивают с 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 й) разбивают все ПП на всевозможные тройки ПП с образованием таких троек, при этом в каждой тройке ПП к) определяют две разности моментов прихода сигнала в каждый из двух произвольно выбранных ПП относительно третьего ПП, л) каждую из полученных разностей используют для определения гиперболы оценок местоположения источника излучения, м) точки пересечения полученной при этом пары гипербол определяют как ПОМИИ на плоскости, н) для каждой полученной ПОМИИ вычисляют момент излучения источника с образованием трехмерной ПООМИИ, описываемой двумя координатам на плоскости x, y и координатой z=c·t, где t - время, соответствующее моменту излучения, а c - скорость света, о) после перебора всех троек ПП получают исходный массив ПООМИИ, п) вычисляют величину группировки этого массива в каждой из точек этого же массива, р) определяют точку указанного массива с максимальной величиной группировки и с) принимают координаты этой точки за результирующую УПООМИИ первого источника излучения (излучателя или отражателя, не определяя на этом шаге вид источника), т) определяют обобщенные расстояния между полученной УПООМИИ первого источника излучения и каждой из ПООМИИ, у) исключают из дальнейшего рассмотрения те точки исходного массива ПООМИИ, обобщенные расстояния которых до УПООМИИ первого источника излучения меньше наперед заданной величины, ф) вычисляют скорость распространения сигнала между каждой точкой оставшегося при этом массива и УПООМИИ первого источника излучения, х) вычисляют модуль относительного отличия полученной скорости от скорости света, ц) исключают из рассматриваемого массива те ПООМИИ, у которых это отличие превышает наперед заданную величину, образуя в результате массив "кандидатов" во второй источник излучения, ч) рассчитывают величины группировки этого массива в каждой точке этого же массива, ш) находят в указанном массиве ПООМИИ с максимальной величиной группировки, щ) принимают ее обобщенные координаты за УПООМИИ второго источника излучения (излучателя или отражателя), ы) моменты излучения полученной пары УПООМИИ сравнивают между собой по величине и принимают УПООМИИ с более ранним моментом излучения за результирующую оценку местоположения излучателя, а с более поздним - за результирующую оценку местоположения отражателя.

При реализации предлагаемого способа устанавливается:

общее количество ПП N=12, количество ПП, принимающих сигнал излучателя 8, количество ПП, принимающих сигнал отражателя 4, 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, - стандартные отклонения погрешностей оценок моментов прихода сигнала в ПП, использованные при расчетах графиков, σ_t=0.5 нс, - диапазон дальностей способа не менее 30 м, - значение параметра R в формулах (3) и (6), использованное при расчете графиков на фиг.4 и 7 R=0.5 м, значение параметра R_K в формуле (4) R_К=1 м, - значение параметра β₀ в формуле (5) р₀>=0.2.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения

координат излучателя и отражателя за счет 1) расчета в каждой точке массива ПООМИИ, отстоящей от УПООМИИ первого источника излучения на величину, превышающую установленное пороговое значение, скорости распространения сигнала от первой УПООМИИ до указанной ПООМИИ, 2) вычисления модуля относительного отличия каждой их полученных скоростей от скорости распространения сигнала (скорости света) и 3) исключения из указанного массива тех ПООМИИ, у которых полученная величина превышает установленное пороговое значение, 4) рассмотрения оставшихся ПООМИИ как "кандидатов" во второй источник излучения.

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

Литература

1. Антонов О.Е., Антонов М.О. Способ распознавания местоположения объекта. Патент РФ №2060513, 06.10.1992, кл. МКИ G01S 5/02.

2. Гармонов А.В., Кравцова Г.С., Амчиславский А.Ю. Способ определения местоположения мобильного абонента. Патент РФ №2183021, 25.12.2000, кл. МКИ G01S 5/14.

3. Erickson В.J., Anderson N.R. Multipath Tolerant Location System and Method Therefor. Patent USA №5534876, 09.07.1996. C1. 342-387.

4. Kuwahara M. et al. Position Calculation Method and Position Calculation Apparatus. Patent USA №6671649, 30.12.2003. C1. 702-150.

5. Епанечников В.А. Способ определения местоположения излучателя и отражателя. Патент РФ №2345378 с приоритетом от 27.01.09.

Изобретение относится к способам многопунктового местоопределения источников излучения, и может быть использовано для контроля за перемещением излучающих объектов и отражателей внутри помещения. Сущность изобретения заключается в том, что импульсный электромагнитный сверхвысокочастотный (СВЧ) сигнал излучателя или отражателя принимается приемной системой, состоящей из N (N≥8) приемных пунктов (ПП), определяются моменты прихода сигнала в ПП, ПП разбиваются на всевозможные трехпунктовые гиперболические системы местоопределения, с помощью которых вычисляются первичные оценки обобщенных местоположений источников излучения, включающие их координаты на плоскости и моменты излучения, определяется максимум величины группировки этих оценок, определяется модуль относительного отличия скорости распространения сигнала от первой усредненной оценки до каждой предварительной оценки, при этом из дальнейшего рассмотрения исключаются те оценки, у которых полученная величина превышает пороговое значение, затем вычисляется группировка оставшихся оценок в каждой из этих точек и точку с максимальной величиной группировки принимают за вторую усредненную оценку, путем сравнения вычисленных моментов их излучения, одну из полученных усредненных оценок относят к излучателю, а другую - к отражателю. Достигаемый технический результат изобретения - повышение точности местоопределения как излучателя, так и отражателя. 7 ил.

Способ определения координат излучателя и отражателя электромагнитного сигнала, заключающийся в том, что с помощью излучателя излучают импульсный сигнал, отражают его отражателем, принимают излученный сигнал либо непосредственно от излучателя, либо после отражения от отражателя с помощью приемной системы, состоящей из N≥8 территориально разнесенных приемных пунктов (ПП), координаты которых известны, снабженных системой единого времени, определяют в каждом ПП момент прихода сигнала и передают его в пункт обработки, где разбивают N ПП на всевозможные тройки ПП, используют каждую тройку ПП как трехпунктовую гиперболическую систему местоопределения, при этом в каждой тройке ПП по разностям моментов прихода сигнала в два произвольно выбранных ПП относительно третьего ПП определяют первичные оценки местоположения источника излучения (ПОМИИ) и оценку момента излучения каждой ПОМИИ, получают, таким образом, трехмерные первичные оценки обобщенного местоположения источника излучения (ПООМИИ), каждая из которых описывается двумя координатам на плоскости и моментом излучения, помноженным на скорость света: х, у, z (z=c·t), где х и у - вычисленные координаты источника излучения, t - момент его излучения, а с - скорость света, при этом после перебора всех трехпунктовых систем образуют исходный массив ПООМИИ, рассчитывают величины группировки этого массива в каждой точке этого же массива, находят ПООМИИ с максимальной величиной группировки и принимают ее обобщенные координаты: x_0q1, y_0q1, z_0q1 за первую усредненную первичную оценку местоположения источника излучения (УПООМИИ), образуют из исходного массива ПООМИИ второй массив ПООМИИ, точки которого расположены на обобщенных расстояниях от УПООМИИ первого источника излучения, превышающих заданную пороговую величину,
R_pq1>R_K,
где - обобщенное расстояние между р-й ПООМИИ и первой УПООМИИ; x_0p, y_0p, z_0p=c·t_0p - обобщенные координаты р-й ПООМИИ, рассчитывают величины группировки этого массива в каждой точке этого же массива, находят ПООМИИ с максимальной величиной группировки и принимают ее обобщенные координаты: x_0p2, y_0p2, z_0p2=c·t_0p2 за УПООМИИ второго источника излучения, моменты излучения первой и второй УПООМИИ: t_0q1 и t_0p2 сравнивают между собой и принимают УПООМИИ с более ранним моментом излучения за результирующую оценку местоположения излучателя, а с более поздним - отражателя, отличающийся тем, что для каждой р-й точки второго массива ПООМИИ вычисляют скорость распространения сигнала между УПООМИИ первого источника излучения и указанной ПООМИИ: v_pq1=r_pq1/Δt_pq1, где - расстояние на плоскости между р-й ПООМИИ и первой УПООМИИ, Δt_pq=t_0p-t_0q1 - интервал времени между вычисленными моментами излучения р-й ПООМИИ - t_0p и УПООМИИ первого источника излучения - t_0q1, вычисляют модуль относительного отличия v_pq1 от скорости света: β_pq1=|v_pq1-c|/с и исключают из рассматриваемого массива те ПООМИИ, у которых это отличие превышает наперед заданную величину β₀:β_hq>β₀, образуя при этом новый второй массив ПООМИИ.