СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА РАДИОСИГНАЛОВ Российский патент 2014 года по МПК H04W64/00 H04L29/02 H04B7/26 

Изобретение относится к технике связи, а конкретнее - к способам передачи радиосигналов от источников радиоизлучений, находящихся на передающих радиосигналы радиотехнических объектах, в том числе подвижных, и приема и извлечения информации в информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системе. К таким системам относятся, в частности, радионавигационные и радиолокационные системы, системы радиоразведки радиотехнических средств, радионаблюдения поверхности Земли и др. [Радиотехнические системы / Ю.М. Казаринов и др. Под ред. Ю.М. Казаринова. - М.: ИЦ «Академия», 2008, стр.7]. Радиосигналы передают через заданные временные интервалы и при необходимости с заданными индивидуальными признаками для конкретного передающего радиосигналы радиотехнического объекта. Реализация способа позволит в том числе измерить пространственные координаты передающих радиосигналы радиотехнических объектов, упростить соответствующие системы извлечения информации, увеличить их технико-экономическую эффективность с учетом всех компонентов, влияющих на стоимость и технические показатели.

Известны способы передачи и приема радиосигналов и 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, с.17-18, п.п.7.1-7.4, гл.10.; Мельников Ю.П., Попов СВ. 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, невозможность однозначного определения координат объекта, необходимость априорной информации о местоположении объекта, необходимость общей синхронизации передающих и принимающих радиосигналы радиотехнических объектов, недостаточную надежность. По критерию минимальной достаточности наиболее близким является способ передачи и приема радиосигналов и извлечения информации в информационной системе по патенту RU №2453995.

Преимуществом заявляемого способа передачи и приема радиосигналов и извлечения информации в информационной системе по сравнению с известными является возможность повышения технико-экономической эффективности радиотехнических комплексов измерения пространственных координат и других характеристик объекта, функционально связанных с его координатами в том числе обеспечение точности и достоверности их измерения в соответствии с современными требованиями. Это достигается тем, что, в частности, не требуется общая синхронизация совокупности передающих и принимающих радиосигналы радиотехнических объектов. Благодаря этому упрощается определение пространственных координат. Пространственные координаты определяют посредством косвенного измерения с использованием простых выражений, зависящих от измеренных моментов времен приемов радиосигналов в информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системе. Также способ исключает неоднозначность измерения координат.

Для достижения указанного технического результата в соответствии с настоящим изобретением в способе передачи и приема радиосигналов от источников радиоизлучений, находящихся на передающих радиосигналы радиотехнических объектах, в том числе подвижных, и извлечения информации в информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системе радиосигналы передают через заданные временные интервалы, необязательно одинаковые от интервала к интервалу, и при необходимости с заданными индивидуальными признаками для конкретного передающего радиосигналы радиотехнического объекта, в том числе сложные и составные радиосигналы с заданными индивидуальными признаками их элементов и возможностью их разделения при приеме, принимают их синхронизировано упомянутой информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системой, фазовые центры принимающих антенн каждого из упорядоченно пронумерованных принимающих радиосигналы пунктов которой, в количестве N не менее пяти, находятся в заданных, не расположенных в одной плоскости, точках с координатами X_n, Y_n, Z_n, где индекс n изменяется от 1 до N, в заданной трехмерной декартовой системе координат (X, Y, Z), радиосигналы идентифицируют соответствующим передающим радиосигналы радиотехническим объектам, регистрируют моменты времен приема радиосигналов от конкретных передающих радиосигналы радиотехнических объектов в системе отсчета времени, заданной в информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системе, указанные моменты времен приема радиосигналов для конкретного передающего радиосигналы радиотехнического объекта при необходимости центрируют посредством исключения из каждого момента времени среднего значения всех моментов времен, и на основании таким образом зарегистрированных моментов времен t_n измеряют параметры d_n с размерностью длины d_n=υt_n, где υ - скорость распространения радиосигнала, при этом в информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системе через измеренные параметры d_n и упомянутые координаты X_n, Y_n, Z_n измеряют параметры c_i, где индекс i изменяется от 0 до 6, параметры a _j с размерностью длины в четвертой степени, где индекс j изменяется от 1 до 6, и параметры b_k с размерностью длины в пятой степени, где индекс k изменяется от 1 до 3, в соответствии с уравнениями измерений

$$\begin{array}{l}{c}_0=N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2-{\left({\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n}\right)}^2,c_1=N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{X}_n}-{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n},c_2=N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{Y}_n}-{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n}},\\ c_3=N{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{Z}_n}-{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n},c_4={\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{X}_n}-{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n},c_5={\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{Y}_n}-{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n},\\ c_6={\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{Z}_n}-{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n^2}{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n},\text{ (1)}\end{array}$$

$$\begin{array}{l}{a}_1=c_0{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n^2}-c_1{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{X}_n}+c_4{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n,}{a}_4=c_0{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n{Y}_n}-c_1{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{X}_n}+c_4{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n,}\\ a_2=c_0{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n^2}-c_2{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{Y}_n}+c_5{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n,}{a}_5=c_0{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n{Z}_n}-c_2{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{Z}_n}+c_5{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n,}\text{ (2)}\\ a_3=c_0{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n^2}-c_3{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{Z}_n}+c_6{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n,}{a}_6=c_0{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n{Z}_n}-c_3{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{Z}_n}+c_6{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n,}\end{array}$$

$$\begin{array}{l}{b}_1=\left[c_0{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n}\left(D_n^2-d_n^2\right)-c_1{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n}\left(D_n^2-d_n^2\right)+c_4{\displaystyle \sum _{n=1}^N\left(D_n^2-d_n^2\right)}\right]/\mathrm{2,}\\ b_2=\left[c_0{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n}\left(D_n^2-d_n^2\right)-c_2{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n}\left(D_n^2-d_n^2\right)+c_5{\displaystyle \sum _{n=1}^N\left(D_n^2-d_n^2\right)}\right]/\mathrm{2,}\text{ (3)}\\ b_3=\left[c_0{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n}\left(D_n^2-d_n^2\right)-c_3{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n}\left(D_n^2-d_n^2\right)+c_6{\displaystyle \sum _{n=1}^N\left(D_n^2-d_n^2\right)}\right]/\mathrm{2,}\end{array}$$

где параметр $$D_n^2=X_n^2+Y_n^2+Z_n^2$$ , через параметры a _j измеряют параметры A_l, где индекс l изменяется от 0 до 6, в соответствии с уравнениями измерений

$$\begin{array}{l}{A}_0=a_1{a}_2{a}_3+2a_4{a}_5{a}_6-a_1{a}_6^2-a_2{a}_5^2-a_3{a}_4^2,A_1=a_2{a}_3-a_6^2,A_2=a_1{a}_3-a_5^2,A_3=a_1{a}_2-a_4^2,\\ A_4=a_5{a}_6-a_3{a}_4,A_5=a_4{a}_6-a_2{a}_5,A_6=a_4{a}_5-a_1{a}_6,\text{ (4)}\end{array}$$

а пространственные координаты фазового центра передающей антенны передающего радиосигналы радиотехнического объекта x, y, z измеряют преимущественно через параметры A_l и b_k в соответствии с уравнениями измерений

$$x=(A_1{b}_1+A_4{b}_2+A_5{b}_3)/A_0,y=(A_4{b}_1+A_2{b}_2+A_6{b}_3)/A_0,z=(A_5{b}_1+A_6{b}_2+A_3{b}_3)/A_0,\text{ (5)}$$

при необходимости сохраняют совокупность измеренных от интервала к интервалу указанных координат x, y, z заданного объема, измеряют через эти совокупности другие траекторные характеристики конкретного передающего радиосигналы радиотехнического объекта, в том числе с использованием статистических методов траекторных измерений, эту информацию при необходимости отображают и передают потребителям, при необходимости переданную информацию принимают и отображают на передающем радиосигналы радиотехническом объекте, кроме того, при необходимости радиосигналы передают с контрольного наземного передающего радиосигналы радиотехнического объекта с заданными в указанной трехмерной декартовой системе координат (X, Y, Z) координатами фазового центра его передающей антенны x_к, y_к, z_к преимущественно идентично передаче радиосигналов передающим радиосигналы радиотехническим объектом, эти радиосигналы принимают информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системой, измеряют координаты x_ки, y_ки, z_ки фазового центра передающей антенны контрольного наземного передающего радиосигналы радиотехнического объекта идентично указанному измерению координат передающего радиосигналы радиотехнического объекта и корректируют указанные измеренные координаты x, y, z передающего радиосигналы радиотехнического объекта по известным координатам x_к, y_к, z_к и измеренным координатам x_ки, y_ки, z_ки фазового центра передающей антенны контрольного наземного передающего радиосигналы радиотехнического объекта.

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.

Передающие радиосигналы радиотехнические объекты передают радиосигналы через заданные временные интервалы, не обязательно одинаковые от интервала к интервалу. При необходимости передающие радиосигналы радиотехнические объекты передают радиосигналы с заданными индивидуальными признаками для конкретного передающего радиосигналы радиотехнического объекта, в том числе сложные и составные радиосигналы с заданными индивидуальными признаками их элементов [Варакин Л.Е. Теория систем сигналов. М., «Сов. радио», 1978, с.18] и возможностью их разделения при приеме.

Радиосигналы принимают синхронизировано информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системой. Фазовые центры принимающих антенн каждого из упорядоченно пронумерованных принимающих радиосигналы пунктов этой системы, в количестве не менее пяти, находятся в заданных, не расположенных в одной плоскости, точках с координатами X_n, Y_n, Z_n, где индекс n изменяется от 1 до N, в заданной трехмерной декартовой системе координат (X, Y, Z). Радиосигналы идентифицируют соответствующим передающим радиосигналы радиотехническим объектам. Регистрируют моменты времен приема радиосигналов от конкретных передающих радиосигналы радиотехнических объектов в системе отсчета времени, заданной в информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системе. Указанные моменты времен приема радиосигналов для конкретного передающего радиосигналы радиотехнического объекта при необходимости центрируют посредством исключения из каждого момента времени среднего значения всех моментов времен. На основании таким образом зарегистрированных моментов времен t_n измеряют параметры d_n с размерностью длины d_n=υt_n, где υ - скорость распространения радиосигнала. В информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системе через упомянутые координаты X_n, Y_n, Z_n и измеренные параметры d_n измеряют параметры c_i, где индекс i изменяется от 1 до 6, в соответствии с уравнениями измерений (1). Через координаты X_n, Y_n, Z_n и измеренные параметры d_n и c_i измеряют параметры a _j, где индекс j изменяется от 1 до 6, и параметры b_k, где индекс к изменяется от 1 до 4, в соответствии с уравнениями измерений (2) и (3). Через параметры a_j измеряют параметры A_l, где индекс l изменяется от 0 до 6, в соответствии с уравнениями измерений (4). Пространственные координаты фазового центра передающей антенны конкретного передающего радиосигналы радиотехнического объекта x, y, z измеряют преимущественно через параметры A_l и b_k в соответствии с уравнениями измерений (5).

При необходимости сохраняют совокупность измеренных от интервала к интервалу указанных координат x, y, z заданного объема и измеряют через эти совокупности другие траекторные характеристики конкретного передающего радиосигналы радиотехнического объекта, в том числе с использованием статистических методов траекторных измерений. Эту информацию при необходимости отображают и передают потребителям. При необходимости переданную информацию принимают и отображают на передающем радиосигналы радиотехническом объекте.

Кроме того, при необходимости радиосигналы передают с контрольного наземного передающего радиосигналы радиотехнического объекта с заданными в указанной трехмерной декартовой системе координат (X, Y, Z) координатами фазового центра его передающей антенны x_к, y_к, z_к. При этом радиосигналы передают с контрольного наземного передающего радиосигналы радиотехнического объекта преимущественно идентично передаче радиосигналов передающим радиосигналы радиотехническим объектом. Эти радиосигналы принимают информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системой. Координаты x_ки, y_ки, z_ки фазового центра передающей антенны контрольного наземного передающего радиосигналы радиотехнического объекта измеряют идентично указанному измерению координат передающего радиосигналы радиотехнического объекта. Затем корректируют измеренные координаты x, y, z передающего радиосигналы радиотехнического объекта по известным координатам x_к, y_к, z_к и измеренным координатам x_ки, y_ки, z_ки фазового центра передающей антенны контрольного наземного передающего радиосигналы радиотехнического объекта.

Перечислим основные достоинства способа:

- обеспечивает однозначное определение пространственных координат объекта с большой точностью, соответствующей современным требованиям,

- не требуется общая синхронизация совокупности передающих и принимающих радиосигналы радиотехнических объектов,

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

- реализация способа проще и дешевле, чем известных аналогов,

- пространственные координаты определяют посредством косвенного измерения с использованием простых выражений,

- позволяет осуществлять одновременные измерения на неограниченном количестве радиотехнических объектов.

Результативность и эффективность использования заявляемого способа состоит в том, что он может быть применен на практике для развития и совершенствования радиотехнических систем определения, преимущественно, координат объектов, а также в других приложениях. Способ позволяет определять координаты с большой точностью и более просто по сравнению с известными способами.

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает появление новых свойств, не достигаемых в 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 для определения пространственных координат передающих радиосигналы (р/с) радиотехнических объектов (РО). Технический результат - повышение эффективности и упрощение радиотехнических комплексов. Для этого р/с с заданными индивидуальными признаками передают через заданные временные интервалы, необязательно одинаковые, от интервала к интервалу, принимают их синхронизировано информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системой (НПС), фазовые центры (ФЦ) принимающих антенн в количестве не менее пяти находятся в точках с заданными координатами, р/с идентифицируют соответствующим РО, регистрируют моменты времен приема р/с от конкретных РО, по упомянутым координатам и моментам времени приема р/с измеряют координаты ФЦ антенны РО в соответствии с предложенными уравнениями измерений.

Способ передачи и приема радиосигналов от источников радиоизлучений, находящихся на передающих радиосигналы радиотехнических объектах, в том числе подвижных, и извлечения информации в информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системе, при котором радиосигналы передают через заданные временные интервалы, необязательно одинаковые от интервала к интервалу, и с заданными индивидуальными признаками для конкретного передающего радиосигналы радиотехнического объекта, в том числе сложные и составные радиосигналы с заданными индивидуальными признаками их элементов и возможностью их разделения при приеме, принимают их синхронизированно упомянутой информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системой, фазовые центры принимающих антенн каждого из упорядоченно пронумерованных принимающих радиосигналы пунктов которой, в количестве N не менее пяти, находятся в заданных, не расположенных в одной плоскости точках с координатами X_n, Y_n, Z_n, где индекс n изменяется от 1 до N, в заданной трехмерной декартовой системе координат (X, Y, Z), радиосигналы идентифицируют соответствующим передающим радиосигналы радиотехническим объектам, регистрируют моменты времен приема радиосигналов от конкретных передающих радиосигналы радиотехнических объектов в системе отсчета времени, заданной в информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системе и на основании зарегистрированных моментов времен t_n измеряют параметры d_n с размерностью длины d_n=υt_n, где υ - скорость распространения радиосигнала, при этом в информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системе через измеренные параметры d_n и упомянутые координаты X_n, Y_n, Z_n измеряют параметры c_i, где индекс i изменяется от 0 до 6, параметры a_j с размерностью длины в четвертой степени, где индекс j изменяется от 1 до 6, и параметры b_k с размерностью длины в пятой степени, где индекс k изменяется от 1 до 3, в соответствии с уравнениями измерений









где параметр , через параметры a_j измеряют параметры A_l, где индекс l изменяется от 0 до 6, в соответствии с уравнениями измерений , , , , , , , а пространственные координаты фазового центра передающей антенны передающего радиосигналы радиотехнического объекта x, y, z измеряют через параметры A_l и b_k в соответствии с уравнениями измерений
x=(A₁b₁+A₄b₂+A₅b₃)/A₀, y=(A₄b₁+A₂b₂+A₆b₃)/A₀, z=(A₅b₁+A₆b₂+A₃b₃)/A₀,
сохраняют совокупность измеренных от интервала к интервалу указанных координат x, y, z заданного объема, измеряют через эти совокупности другие траекторные характеристики конкретного передающего радиосигналы радиотехнического объекта, в том числе с использованием статистических методов траекторных измерений, эту информацию отображают и передают потребителям, при необходимости переданную информацию принимают и отображают на передающем радиосигналы радиотехническом объекте, также радиосигналы передают с контрольного наземного передающего радиосигналы радиотехнического объекта с заданными в указанной трехмерной декартовой системе координат (X, Y, Z) координатами фазового центра его передающей антенны x_к, y_к, z_к, эти радиосигналы принимают информационной наземной пунктовой принимающей радиосигналы системой, измеряют координаты x_ки, y_ки, z_ки фазового центра передающей антенны контрольного наземного передающего радиосигналы радиотехнического объекта и корректируют указанные измеренные координаты x, y, z передающего радиосигналы радиотехнического объекта по известным координатам x_к, y_к, z_к и измеренным координатам x_ки, y_ки, z_ки фазового центра передающей антенны контрольного наземного передающего радиосигналы радиотехнического объекта.