РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2013 года по МПК H04W64/00 

Изобретение относится к технике связи, а конкретнее - к радиотехническим способам извлечения информации в информационной системе. К системам извлечения информации относятся радионавигационные и радиолокационные системы, системы радиоразведки радиотехнических средств, радионаблюдения поверхности Земли и др. [1. Радиотехнические системы / Ю.М.Казаринов и др. Под ред. Ю.М.Казаринова. - М.: ИЦ «Академия», 2008, стр.7]. Заявляемый способ относится к извлечению информации в информационной системе, содержащей первую группу из N радиотехнических объектов в количестве не менее четырех, в том числе подвижных, с заданными во времени координатами фазовых центров антенн и вторую группу, состоящую, по крайней мере, из одного радиотехнического объекта, в том числе подвижного. Источниками радиосигналов могут быть как наземные пунктовые передающие системы, так и спутниковые или иные подвижные радионавигационные системы. Реализация способа позволит в том числе измерить пространственные координаты радиотехнических объектов, упростить соответствующие системы извлечения информации, увеличить их технико-экономическую эффективность с учетом всех компонентов, влияющих на стоимость и технические показатели.

Известны способы извлечения информации в информационной системе, используемые в том числе для измерения координат радиотехнических объектов и основанные на применении угломерных, дальномерных, разностно- и суммарно-дальномерных и комбинированных методов определения местоположения объекта с амплитудными, временными, частотными, фазовыми и импульсно-фазовыми методами измерения параметров радиосигнала [патенты РФ №№2018855, 2115137, 2258242, 2264598, 2309420, 2325666, 2363117, 2371737, 2378660; Основы испытаний летательных аппаратов / Е.И.Кринецкий и др. Под ред. Е.И.Кринецкого. - М.: Машиностр., 1979, с.64-89; Радиотехнические системы / Ю.М.Казаринов и др. Под ред. Ю.М.Казаринова. - М.: ИЦ «Академия», 2008, гл. 10; Мельников Ю.П., Попов С.В. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения. - М.: Радиотехника, 2008, гл.5]. Известные способы имеют те или иные недостатки, например необходимость механического перемещения антенной системы, необходимость априорной информации о местоположении объекта, невозможность однозначного определения координат объекта, недостаточная надежность.

По критерию минимальной достаточности за прототип принят способ извлечения информации в информационной системе, используемый в известном дальномерном методе определения координат объекта, основанном на измерении расстояния d_n между точками излучения и приема радиосигнала [1. Радиотехнические системы / Ю.М.Казаринов и др. Под ред. Ю.М.Казаринова. - М.: ИЦ «Академия», 2008, с.17-18, п.п.7.1-7.4].

Преимуществом заявляемого способа извлечения информации в информационной системе по сравнению с известными и прототипом является возможность повышения технико-экономической эффективности радиотехнических комплексов измерения пространственных координат и других характеристик объекта, функционально связанных с его координатами, в том числе повышение точности и достоверности их измерения в соответствии с современными требованиями. Это достигается тем, что пространственные координаты измеряют через вновь введенные измеряемые параметры b_k с размерностью объема и форм-факторы A_j, определяющие расположение источников радиосигналов, с использованием простых уравнений измерений. Благодаря этому достигается более высокие быстродействие и точность измерений.

Для достижения указанного технического результата в соответствии с настоящим изобретением в радиотехнический способе извлечения информации в информационной системе, содержащей первую группу из N радиотехнических объектов в количестве не менее четырех, в том числе подвижных, с заданными во времени координатами X_n, Y_n, Z_n, где n изменяется от 1 до N, фазовых центров антенн в заданной трехмерной декартовой системе координат, при присутствии в этой группе, по крайней мере, одной подгруппы из четырех объектов, фазовые центры антенн которых образуют в пространстве пирамиду, а также вторую группу, состоящую, по крайней мере, из одного радиотехнического объекта, в том числе подвижного, заключающемся в синхронизированной передаче радиосигналов, не обязательно одновременно, а при необходимости с упорядоченно заданными задержками по времени, и их синхронизированном приеме и идентификации соответствующим источником радиосигналов, измерении расстояний d_n между фазовыми центрами антенн объектов первой группы и фазовым центром объекта второй группы одним из известных радиотехнических методов, в информационной системе, по крайней мере, в одной из упомянутых групп радиотехнических объектов через упомянутые пространственные координаты X_n, Y_n, Z_n определяют параметры a _i с размерностью площади, где индекс i изменяется от 1 до 6, и с размерностью объема, где индекс i изменяется от 7 до 9, в соответствии с выражениями

а через параметры a _i определяют параметры A_j, где индекс j изменяется от 0 до 6, в соответствии с выражениями $$A_0=a_1,a_2,a_3+2a_4,a_5,a_6-a_1{a}_6^2-a_2{a}_5^2-a_3{a}_4^2$$ , $$A_1=a_2{a}_3-a_6^2$$ , $$A_2=a_1{a}_3-a_5^2,$$ $$A_3=a_1{a}_2-a_4^2$$ , $$A_4=a_5{a}_6-a_3{a}_4,A_5=a_4{a}_6-a_2{a}_5,A_6=a_4{a}_5-a_1{a}_6,\text{ (2)}$$

через упомянутые координаты X_n, Y_n, Z_n, параметры a ₇, a ₈, a ₉ и измеренные расстояния d_n измеряют параметры b_k с размерностью объема, где индекс k изменяется от 1 до 3, в соответствии с уравнениями измерений

$$\begin{array}{l}{b}_1=a_7-0.5\left(N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2{X}_n-{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n}}\right),b_2=a_8-0.5\left(N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2{Y}_n-{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n}}\right),\\ b_3=a_9-0.5\left(N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2{Z}_n-{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n}}\right),\text{ (3) }\end{array}$$ через них и параметры A_j измеряют пространственные координаты x, y, z фазового центра антенны объекта второй группы преимущественно в соответствии с уравнениями измерений

$$x=\left[A_1{b}_1+A_4{b}_2+A_5{b}_3\right]/A_0,y=\left[A_4{b}_1+A_2{b}_2+A_6{b}_3\right]/A_0,z=\left[A_5{b}_1+A_6{b}_2+A_3{b}_3\right]/A_0\text{ (4)}$$ и полученную информацию передают потребителям информации, включающим, в том числе при необходимости, в качестве потребителя информации, по крайней мере, одну из упомянутых групп объектов.

В существующем уровне техники не выявлено источников информации, которые содержали бы сведения о способах того же назначения с указанной совокупностью признаков. Ниже изобретение описано более детально.

Сущность способа заключается в следующем.

Извлечение информации в том числе о пространственных координатах радиотехнических объектов, в том числе подвижных, производят при синхронизированной передаче радиосигналов, не обязательно одновременно, а при необходимости с упорядоченно заданными задержками по времени, и их синхронизированном приеме и идентификации соответствующим источником радиосигналов. Информационная система содержит первую группу из N радиотехнических объектов в количестве не менее четырех, в том числе подвижных, с заданными во времени координатами X_n, Y_n, Z_n, где n изменяется от 1 до N, фазовых центров антенн в заданной трехмерной декартовой системе координат. В этой группе присутствует, по крайней мере, одна подгруппа из четырех объектов, фазовые центры антенн которых образуют в пространстве пирамиду. Система также содержит вторую группу, состоящую, по крайней мере, из одного радиотехнического объекта, в том числе подвижного. В способе измеряют расстояния d_n между фазовыми центрами антенн объектов первой группы и фазовым центром объекта второй группы одним из известных радиотехнических методов (например, фазовым, частотным, по времени распространения радиосигнала между точками его излучения и приема в запросном и беззапросном вариантах [1]). В информационной системе, по крайней мере, в одной из упомянутых групп радиотехнических объектов через упомянутые пространственные координаты X_n, Y_n, Z_n определяют параметры a _i с размерностью площади, где индекс i изменяется от 1 до 9, в соответствии с выражениями (1). Через параметры a _i определяют параметры A_j, где индекс j изменяется от 0 до 6, в соответствии с выражениями (2). Далее через упомянутые координаты X_n, Y_n, Z_n, параметры a ₇, a ₈, a ₉ и измеренные расстояния d_n измеряют параметры b_k с размерностью объема, где индекс k изменяется от 1 до 3, в соответствии с уравнениями измерений (3). Через параметры b_k и параметры A_j измеряют пространственные координаты x, y, z фазового центра антенны объекта второй группы преимущественно в соответствии с уравнениями измерений (4). Полученную информацию передают потребителям информации, включающим, в том числе при необходимости, в качестве потребителя информации, по крайней мере, одну из упомянутых групп объектов.

Отметим, что все параметры a _i, A_j хранятся в базе данных в информационной системе заявленного способа и не вычисляются при каждом измерении, поэтому измерения координат и траекторные измерения обрабатываются быстро по приведенным компактным уравнениям измерений. В связи с этим способ позволяет также осуществлять автоматизированно процесс измерений координат при приеме радиосигналов с высоким быстродействием даже при большом количестве N радиотехнических объектов, обеспечивает более высокую точность измерений по сравнению с существующими и может быть реализован с помощью современной элементной базы и микропроцессорной техники.

Средние квадратические погрешности определения пространственных координат фазового центра антенны объекта второй группы x, y, z определяют в соответствии с выражениями

$${\sigma }_x=\frac{\upsilon {\sigma }_{\Delta t}}{A_0}\sqrt{A_1^2{B}_1+A_4^2{B}_2+A_5^2{B}_3+2A_1{A}_4{B}_4+2A_1{A}_5{B}_5+2A_4{A}_5{B}_6}$$ ,

$${\sigma }_y=\frac{\upsilon {\sigma }_{\Delta t}}{A_0}\sqrt{A_4^2{B}_1+A_2^2{B}_2+A_6^2{B}_3+2A_4{A}_2{B}_4+2A_4{A}_6{B}_5+2A_2{A}_6{B}_6}$$ ,

$${\sigma }_z=\frac{\upsilon {\sigma }_{\Delta t}}{A_0}\sqrt{A_5^2{B}_1+A_6^2{B}_2+A_3^2{B}_3+2A_5{A}_6{B}_4+2A_5{A}_3{B}_5+2A_6{A}_3{B}_6}$$ ,

где σ_Δt - средняя квадратическая погрешность измерения (принятая одинаковой для всех N измерений) времен распространения радиосигналов со скоростью υ от фазовых центров передающих антенн до фазового центра приемной антенны, а параметры B_l, где индекс l изменяется от 1 до 6, определяют через упомянутые X_n, Y_n, Z_n и измеренные дальности d_n в соответствии с выражениями

Геометрические факторы снижения точности при однократном измерении определяются соответственно по горизонтали как $$HDOP=\left(\sqrt{{\sigma }_x^2+{\sigma }_y^2}\right)/\upsilon {\sigma }_{\Delta t}$$ , по вертикали как VDOP=σ_z/υσ_Δt и по местоположению как $$GDOP=\sqrt{HDO{P}^2+VDO{P}^2}$$ (Geometrical Dilution of Precision).

Для заявляемого способа представлен пример оценки GDOP для следующих координат X_n, Y_n, Z_n расположений объектов передачи и объекта приема в метрах в момент времени t (Таблица 1), взятых из [2. Гудета Г.Б.М. Численный расчет GDOP, возникающий вследствие неоптимального расположения спутников / Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка. 2006, №2].

В таблице 2 представлен численный расчет GDOP, произведенный в [2], по заявляемому способу, их разница и выигрыш, получаемый по заявляемому способу.

Перечислим основные достоинства способа:

- обеспечивает однозначное извлечение информации о пространственных координатах объекта с большей точностью, соответствующей современным требованиям,

- обеспечивает возможность с высоким быстродействием производить измерения с использованием одного из известных радиотехнических методов и существующей элементной базы и микропроцессорной техники,

- обеспечивает эффективное использование радиочастотного спектра,

- позволяет осуществлять одновременные измерения на неограниченном количестве радиотехнических объектов.

Результативность и эффективность использования заявляемого способа извлечения информации в информационной системе состоят в том, что он может быть применен на практике для развития и совершенствования радиотехнических систем измерения, преимущественно координат объектов, а также в других приложениях. Способ позволяет определять координаты с большей точностью и более просто по сравнению с известными методами.

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает появление новых свойств, не достигаемых в прототипе и аналогах. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию «новизны». Также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения действий на достижение указанного результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение относится к технике связи и может использоваться преимущественно для однозначного измерения пространственных координат объекта, в том числе в аэронавигации. Технический результат - повышение эффективности и упрощение соответствующих радиотехнических комплексов. Для этого измеряют расстояния d_n между фазовыми центрами антенн двух групп радиотехнических объектов, в том числе подвижных, и через d_n и введенные параметры измеряют пространственные координаты объекта в соответствии с предложенными простыми уравнениями измерений. Способ позволяет автоматизированно измерять координаты с высоким быстродействием при большом количестве объектов и может быть реализован с помощью современной элементной базы и микропроцессорной техники. 2 табл.

Радиотехнический способ извлечения информации в информационной системе, содержащей первую группу из N радиотехнических объектов в количестве не менее четырех, в том числе подвижных, с заданными во времени координатами X_n, Y_n, Z_n, где n изменяется от 1 до N, фазовых центров антенн в заданной трехмерной декартовой системе координат, при присутствии в этой группе, по крайней мере, одной подгруппы из четырех объектов, фазовые центры антенн которых образуют в пространстве пирамиду, а также вторую группу, состоящую, по крайней мере, из одного радиотехнического объекта, в том числе подвижного, заключающийся в синхронизированной передаче радиосигналов, не обязательно одновременно, а при необходимости с упорядоченно заданными задержками по времени, и их синхронизированном приеме и идентификации соответствующим источникам радиосигналов, измерении расстояний d_n между фазовыми центрами антенн объектов первой группы и фазовым центром объекта второй группы одним из известных радиотехнических методов, причем в информационной системе, по крайней мере, в одной из упомянутых групп радиотехнических объектов через упомянутые пространственные координаты X_n, Y_n, Z_n определяют параметры a_i с размерностью площади, где индекс i изменяется от 1 до 6, и с размерностью объема, где индекс i изменяется от 7 до 9, в соответствии с выражениями
$$a_1=N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n^2-}{\left({\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n}\right)}^2,$$ $$a_2=N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n^2-}{\left({\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n}\right)}^2,$$ $$a_3=N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n^2-}{\left({\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n}\right)}^2,$$
$$a_4=N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n{Y}_n-{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n}},$$ $$a_5=N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n{Z}_n-{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n}},$$ $$a_6=N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n{Z}_n-{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n}},$$
$$a_7=0.5\left(N{\displaystyle \sum _{n=1}^N\left(X_n^2+Y_n^2+Z_n^2\right)X_n-{\displaystyle \sum _{n=1}^N\left(X_n^2+Y_n^2+Z_n^2\right){\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n}}}\right),$$
$$a_8=0.5\left(N{\displaystyle \sum _{n=1}^N\left(X_n^2+Y_n^2+Z_n^2\right)Y_n-{\displaystyle \sum _{n=1}^N\left(X_n^2+Y_n^2+Z_n^2\right){\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n}}}\right),$$ $$a_9=0.5\left(N{\displaystyle \sum _{n=1}^N\left(X_n^2+Y_n^2+Z_n^2\right)Z_n-{\displaystyle \sum _{n=1}^N\left(X_n^2+Y_n^2+Z_n^2\right){\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n}}}\right),$$
а через параметры a_i определяют параметры A_j, где индекс j изменяется от 0 до 6, в соответствии с выражениями $$A_0=a_1{a}_2{a}_3+2a_4{a}_5{a}_6-a_1{a}_6^2-a_2{a}_5^2-a_3{a}_4^2,$$
$$A_1=a_2{a}_3-a_6^2,$$ $$A_2=a_1{a}_3-a_5^2,$$ $$A_3=a_1{a}_2-a_4^2,$$
$$A_4=a_5{a}_6-a_3{a}_4,$$ $$A_5=a_4{a}_6-a_2{a}_5,$$ $$A_6=a_4{a}_5-a_1{a}_6,$$
через упомянутые координаты X_n, Y_n, Z_n, параметры a₇, a₈, a₉ и измеренные расстояния d_n измеряют параметры b_k с размерностью объема, где индекс k изменяется от 1 до 3, в соответствии с уравнениями измерений
$$b_1=a_7-0.5\left(N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2{X}_n-{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n}}\right),$$ $$b_2=a_8-0.5\left(N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2{Y}_n-{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n}}\right),$$
$$b_3=a_9-0.5\left(N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2{Z}_n-{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n}}\right),$$
через них и параметры A_j измеряют пространственные координаты x, y, z фазового центра антенны объекта второй группы преимущественно в соответствии с уравнениями измерений
x=[A₁b₁+A₄b₂+A₅b₃]/A₀, y=[A₄b₁+A₂b₂+A₆b₃]/A₀, z=[A₅b₁+A₆b₂+A₃b₃]/A₀
и полученную информацию передают потребителям информации, включающим, в том числе при необходимости, в качестве потребителя информации, по крайней мере, одну из упомянутых групп объектов.