Заявляемые объекты объединены одним изобретательским замыслом, относятся к радиотехнике и могут быть использованы в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения априорно неизвестного источника радиоизлучения.
Известен способ, реализованный в подвижном радиопеленгаторе, описанном в Пат. РФ №2124222, МПК G01S 13/46, опубл. 27.12.1998 г. Он включает прием сигналов источников радиоизлучений (ИРИ) в заданной полосе частот ΔF перемещающимся в пространстве пеленгатором, измерение первичных пространственно-информационных параметров (ППИП) обнаруженных сигналов с одновременным измерением вторичных параметров: времени измерения ППИП, координат местоположения и ориентации (в азимутальной плоскости) антенной решетки подвижного пеленгатора, преобразование ППИП в пространственные параметры: азимутальный угол θ, θ=0, 1, …, 360° и угол места β, β=0, 1, …, 90°. Способ-аналог позволяет определять параметры криволинейных траекторий перемещения объектов.
Однако аналог обладает недостаточной точностью измерения координат ИРИ в силу того, что в нем реализована двухэтапная обработка результатов измерений. На первом этапе в каждой j-й точке, j=1, 2, …, J, измеряют пространственные параметры θj, βj, которые на втором этапе используют для вычисления местоположения ИРИ. В книге (Кондратьев В.И. и др. Многопозиционные радиотехнические системы / В.С. Кондратьев, А.Ф. Котов, Л.Н. Марков; Под ред. проф. В.В. Цветнова. - М.: Радио и связь, 1989 г., - 264 с.) показано, что системы с двухэтажной обработкой дают худшие результаты, чем при оптимальной одноэтажной обработке (см. там же, стр.13).
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является способ определения координат ИРИ, описанный в Пат. РФ №2283505, МПК G01S 13/46, опубл. 10.09.2006 г., бюл. №25. На подготовительном этапе прототип включает вычисление количества N=S/S0 элементарных зон привязки, где S и S0 - соответственно площади зоны контроля и элементарной зоны привязки, присвоение каждой элементарной зоне привязки порядкового номера n, n=1, 2, …, N, определение координат местоположения центров элементарных зон привязки {X,Y}n, расчет и запоминание эталонных значений ППИП на выходах Am,l-ных антенных элементов, где m,l=1, 2, …, M, m≠l, M>2, относительно направлений прихода тестирующего сигнала с дискретностью Δθk, где k=1, 2, …, K; К·Δθk=2π; причем ППИП рассчитывают для средних частот fν=Δf(2V-1)/2, где V=1, 2, …, P; P=ΔF/Δf - число частотных поддиапазонов, Δf∈ΔF ширина частотного поддиапазона, в процессе работы при обнаружении сигнала ИРИ на частоте fν включает измерение ППИП на выходах Am,l-ных антенных элементов (АЭ) решетки с одновременным измерением вторичных параметров: координат местоположения пеленгатора и азимутальной ориентации его антенной решетки, вычисление для каждого направления в горизонтальной плоскости от -π до +π с дискретностью Δθk разности между эталонными и измеренными значениями ППИП, возведение в квадрат полученных разностей и их суммирование, запоминание результатов вычислений Φθ,j(fν) совместно со значениями вторичных параметров, последовательный сдвиг в азимутальной плоскости совокупности сумм Φθ,j(fν) на величину склонения антенной решетки пеленгатора Δθj,скл=iΔθk, где i=1, 2, …, I; I·Δθk=2π; относительно направления на север, запоминание скорректированной последовательности сумм Φθ,j,скл(fν), приведение в соответствие каждой элементарной зоне привязки азимутального угла θj,n, значение которого определяется углом между направлениями: координаты пеленгатора в j-й точке - север и пеленгаторов j-й точке - центр j-ой элементарной зоны привязки, формирование матрицы измерений Rj(θc,n)ν, размерность которой определяется размерами зоны контроля и элементарной зоны привязки, путем записи в ее элементы rj,k,n значений скорректированных сумм Φθ,j,скл(fν), соответствующих углам θj,n, запоминание матрицы Rj(θc,n)ν, сложение элементов rj,k,n матрицы Rj(θc,n)ν, с соответствующими элементами rj-1,k,n предшествующей матрицы Rj-1(θc,n)ν, присвоение суммарной матрице имени Rj(θc,n)ν определение после выполнения J измерений ППИП минимальной суммы Φn(fν) в элементах матрицы измерений RJ(θc,n)ν, принятие координат местоположения центра элементарной зоны привязки {X, Y}n, соответствующие
minΦn(fν) за координаты местоположения обнаруженного ИРИ.
Способ-прототип позволяет повысить точность определения координат ИРИ в сложной сигнально-помеховой обстановке. Положительный эффект достигается благодаря реализации одноэтапной обработки результатов измерений, а следовательно, более полному учету информации о поле сигнала в точках его приема.
Однако прототип обладает недостатками, ограничивающими его применение. К их числу можно отнести:
ограниченную доступность сигналов ИРИ в УКВ-СВЧ-диапазонах частот в силу особенностей их распространения (пеленгаторная антенна находится недалеко от поверхности земли на борту пеленгатора на автомобильной базе);
отсутствие учета углов тангажа и крена относительно горизонта на стоянках и при перемещениях пеленгатора;
при рассмотрении зоны контроля использована плоская модель ее описания, что в большинстве случаев не соответствует действительности.
Известно подвижное устройство определения координат ИРИ по Пат. РФ №2124222, G01S 13/46, опубл. 27.12.1998 г. Аналог содержит устройство формирования пеленгов, вычислитель-формирователь, запоминающее устройство, блок решения системы линейных алгебраических уравнений, блок оценивания, блок определения координат, устройство навигации, генератор синхроимпульсов и устройство отображения с соответствующими связями.
Аналог позволяет определять параметры криволинейных траекторий движения объектов.
Однако устройство-аналог обладает низкой точностью измерения координат ИРИ в силу того, что в нем реализована двухэтапная обработка результатов измерений.
Наиболее близким по своей техникой сущности к заявляемому устройству определения координат источника радиоизлучения является устройство по пат. РФ №2283505 "Способ и устройство определения координат источника радиоизлучения", МПК G01S 13/46, опубл. 10.09.2006 г., бюл. №25.
Устройство-прототип состоит из блока измерения ППИП, радионавигатора, регистра сдвига, первого, второго, третьего и четвертого блоков памяти, первого сумматора, первого и второго вычислителей-формирователей, блока оценивания, первой, второй и третьей установочных шин и выходной шины, блока определения координат, блока индикации, счетчика импульсов, генератора синхроимпульсов, выход которого соединен со входом управления первого запоминающего устройства. Группа информационных входов первого блока памяти соединена с группой информационных выходов первого вычислителя-формирователя, первая группа информационных входов которого соединена с первой группой выходов радионавигатора. Последовательно соединены блок оценивания, блок определения координат и блок индикации, группа информационных выходов которого является выходной шиной устройства определения координат ИРИ. Группа информационных входов блока измерения ППИП является первой установочной шиной устройства определения координат ИРИ, а группа информационных выходов соединена с группой информационных входов регистра сдвига. Вход управления регистра сдвига соединен со вторым выходом радионавигатора. Вторая группа информационных входов первого вычислителя-формирователя является второй установочной шиной устройства определения координат ИРИ, а группа информационных выходов регистра сдвига соединена с группой информационных входов второго блока памяти. Группа адресных входов второго блока памяти соединена с группой информационных выходов первого блока памяти, а группа информационных выходов соединена с группой информационных входов второго вычислителя-формирователя. Группа адресных входов второго вычислителя-формирователя объединена с группой адресных входов первого блока памяти и группой информационных выходов счетчика импульсов. Вторая группа информационных входов первого сумматора объединена с группой информационных входов блока оценивания и группой информационных выходов четвертого блока памяти. Группа информационных входов третьего блока памяти соединена с группой информационных выходов первого сумматора, первая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов третьего блока памяти. Группа информационных входов третьего блока памяти соединена с группой информационных выходов второго вычислителя-формирователя, вход синхронизации которого объединен с тактовыми входами блока измерения ППИП, первого вычислителя-формирователя, первого сумматора, блока оценивания, входами управления второго, третьего и четвертого блоков памяти, счетным входом счетчика импульсов и выходом генератора тактовых импульсов. Вторая группа информационных входов блока определения координат является третьей установочной шиной устройства определения координат ИРИ.
Устройство-прототип позволяет повысить точность определения координат ИРИ в сложной сигнально-помеховой обстановке. Положительный эффект достигается благодаря реализации одноэтапной обработки результатов измерений, а следовательно, более полному учету информации о поле сигнала в точках его приема.
Однако прототип обладает недостатками, ограничивающими его применение. На стоянках и при перемещении пеленгатора, базирующегося на автомобильном шасси, учитывается лишь склонение его антенной системы. Отсутствие учета углов тангажа и крена относительно горизонта эквивалентно в данной ситуации искажению пространственного описания антенной системы (изменению расстояний между АЭ), что влечет за собой ошибки измерений. Кроме того, в прототипе при рассмотрении зоны контроля используется плоская модель ее описания, что во многих случаях не соответствует действительности. Последнее обстоятельство (наличие пересеченной местности, гор и т.д.) приводит к ошибкам измерений. Дополнительно следует отметить, что наличие городской застройки, пересеченной местности, леса и т.д. существенно ограничивает доступность сигналов ИРИ УКВ-СВЧ-диапазонов для пеленгаторов на автомобильной базе.
Целью заявляемых технических решений является разработка способа и устройства определения координат ИРИ, обеспечивающих повышение доступности сигналов ИРИ УКВ-СВЧ-диапазонов частот и точности их местоопределения благодаря размещению пеленгатора на летно-подъемном средстве (ЛПС), учету полной пространственной его ориентации и оптимизации алгоритма расчета направлений прихода сигнала, учитывающего его угломестную составляющую.
В заявляемом способе поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения координат источника радиоизлучения, состоящего в том, что на подготовительном этапе вычисляют количество N=S/S0 элементарных зон привязки, где S и S0 - соответственно площади зоны контроля и элементарной зоны привязки, присваивают каждой элементарной зоне привязки порядковый номер n, n=1, 2, …, N, определяют координаты местоположения центров элементарных зон привязки
{X, Y}n, рассчитывают и запоминают эталонные значения первичных пространственно-информационных параметров (ППИП) на выходах Am,l-ных антенных элементов, где m,l=1, 2, …, M, m≠l, M>2, относительно направлений прихода тестирующего сигнала {θk}, с дискретностью Δθk в азимутальной плоскости, где k=1, 2, …, K; К·Δθk=2π, определяемой заданной точностью измерения координат ИРИ {ΔX, ΔY}, причем эталонные значения ППИП рассчитывают для средних частот fν=Δf(2V-1)/2, где V=1, 2, …, P; P=ΔF/Δf - число частотных поддиапазонов, Δf∈ΔF - ширина частотного поддиапазона, а в процессе работы при обнаружении пеленгатором в точке j, j=1, 2, …, J, сигнала ИРИ на частоте fν измеряют и запоминают ППИП на выходах Am,l-x антенных элементов решетки, с одновременным измерением и запоминанием вторичных параметров: координат местоположения пеленгатора и его азимутальной ориентации, формируют матрицу измерений Rj(θc,n)ν, размерность которой определяется размерами зоны контроля и элементарной зоны привязки, складывают элементы rj,c,n матрицы Rj(θc,n)ν, соответствующими элементами rj-1,c,n предшествующей матрицы Rj-1(θc,n)ν, присваивают суммарной матрице имя Rj(θc,n)ν, после выполнения J измерений ППИП определяют минимальную сумму Φn(fν) в элементах матрицы измерений Rj(θc,n)ν, а за координаты местоположения обнаруженного ИРИ принимают координаты местоположения центра элементарной зоны привязки {X, Y}n, соответствующие minΦn(fν).
Дополнительно рассчитывают эталонные значения ППИП
При формировании матрицы измерений Rj(θc,n)ν каждой элементарной зоне привязки приводят в соответствие направление прихода сигнала
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе за счет более полного учета пространственной ориентации антенны пеленгатора и использованию трехмерной технологии описания сигналов, а также размещению измерителя на борту летно-подъемного средства обеспечивается повышение доступности сигналов УКВ-СВЧ-диапазонов и точности местоопределения ИРИ.
В заявляемом устройстве определения координат источника радиоизлучения поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве определения координат источника радиоизлучения, включающем последовательно соединенные блок оценивания, блок определения координат и блок индикации, группа информационных выходов которого является выходной шиной устройства, а вторая группа информационных входов блока определения координат является третьей установочной шиной устройства, блок измерения первичных пространственно-информационных параметров, последовательно соединенные первый вычислитель-формирователь и второй вычислитель-формирователь, и первый блок памяти, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов второго вычислителя-формирователя, второй блок памяти, радионавигатор, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов первого вычислителя-формирователя, генератор синхроимпульсов, выход которого соединен со входами синхронизации блока измерения ППИП, первого и второго вычислителей-формирователей, первого и второго блоков памяти, и блока оценивания, дополнительно введены последовательно соединенные третий вычислитель-формирователь, предназначенный для вычисления в нормальной системе координат истинного вектора направления
При этом первый вычислитель-формирователь предназначен для перевода пространственных параметров летно-подъемного средства
Второй вычислитель-формирователь предназначен для коррекции вектора направления на центр n-ой зоны привязки
Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что вводятся новые элементы и связи, позволяет достичь цели изобретения: повысить точность местоопределения ИРИ УКВ-СВЧ-диапазонах частот, а благодаря размещению измерителя на ЛПС - увеличить их доступность.
Заявляемые объекты поясняются чертежами, на которых показаны:
на фиг.1 - иллюстрации, объясняющие:
а) причину искажения пространственного описания антенной решетки (расстояния между фазовыми центрами АЭ в горизонтальной плоскости) при различных углах ее наклона;
б) природу возникновения ошибки местоопределения ИРИ в условиях пересеченной местности;
на фиг.2 - показан порядок выполняемых операций:
а) разбиения зоны контроля на элементарные зоны привязки;
б) формирования векторов направления
привязки;
на фиг.3 - обобщенный алгоритм определения координат ИРИ;
на фиг.4 - алгоритм расчета направления прихода сигнала;
на фиг.5 - обобщенная структурная схема устройства определения координат ИРИ;
на фиг.6 - порядок формирования массива эталонных ППИП;
на фиг.7 - порядок формирования массива измеренных ППИП;
на фиг.8 - обобщенный алгоритм определения предварительного направления на центры элементарных зон привязки в системе координат антенной системы;
на фиг.9 - обобщенный алгоритм определения истинного направления на центры элементарных зон привязки в системе координат антенной системы;
на фиг.10 - обобщенный алгоритм работы пятого вычислителя-формирователя;
на фиг.11 - структурная схема блока измерения первичных пространственно-информационных параметров.
Сущность изобретения состоит в следующем. В прототипе для каждой точки измерений j формируют набор значений корреляции на все направления в азимутальной плоскости (см. фиг.26). Далее эти значения вносятся в каждую ячейку памяти в соответствии с номерами элементарных зон привязки. Такой подход оправдан в связи с тем, что размерность этого набора существенно меньше количества элементарных зон привязки N, а расчет значения функции корреляции существенно дольше сопоставления элементарной зоне n, n=1, 2, …, N, конкретного направления.
В предлагаемых способе и устройстве для повышения точности определения координат ИРИ с ЛПС используют два параметра: азимут θk и угол места βγ прихода сигнала. В результате размерность набора участвующих в процессе измерений значений корреляции в соответствии с алгоритмом прототипа возрастает в квадрате. Поэтому становится нецелесообразным выполнять расчет всех возможных корреляций для каждого измерения.
Проиллюстрируем вышесказанное. Рассмотрим зону контроля 100×100 элементарных зон привязки, в которой оценивание будет осуществляться с шагом по азимутальному углу θk и углу места βγ в один градус. Последнее продиктовано не только заданной точностью измерений, но и тем фактом, что между соседними зонами и соседними направлениями функцию корреляции можно приближать самым быстрым способом - линейной или квадратичной интерполяцией. При таких условиях в прототипе необходимо выполнить 360 расчетов значений корреляции. Получивший дальнейшее развитие данный подход до оценивания в объеме (Пат. РФ 2327186) потребует 360×180=64800 вычислений. В предлагаемых способе и устройстве для каждой элементарной зоны привязки рассчитывают направление на нее с пеленгатора и далее значение функции корреляции, что позволяет сократить количество вычислений до 100×100=10000.
Большинство современных способов и устройств определения координат ИРИ базируется на следующих носителях: человек, автотранспорт различных классов, корабль, БЛА, вертолет, самолет, искусственных спутник Земли. Все они предназначены для решения определенного класса задач и имеют свои достоинства и недостатки. Способ-прототип базируется на использовании автотранспортного носителя пеленгатора. В связи с этим в качестве его основного недостатка выступает низкий уровень доступности сигналов УКВ-СВЧ-диапазонов частот в силу особенностей их распространения. Кроме того, боковые наклоны антенной решетки в процессе движения пеленгатора приводит к ошибкам измерений из-за изменения расстояния между фазовыми центрами АЭ в горизонтальной плоскости (см. фиг.1, а). Иначе данную ситуацию можно рассматривать как неучтенное измерение расстояния от АЭ до ИРИ. Дополнительный вклад в погрешности измерений вносит представление заданного района измерений в виде плоскости, что часто не соответствует действительности. В результате имеют место искажения расстояния от АЭ до ИРИ (см. фиг.1, б).
В предлагаемых способе и устройстве устраняются названные недостатки прототипа. Для обеспечения доступности сигналов УКВ-СВЧ-диапазонов предлагается разместить пеленгатор на ЛПС, например на беспилотном летательном аппарате (БЛА) «Орлан-10», выпускаемом ООО «СТЦ», Санкт-Петербург. Высокая точность определения собственного местоположения обеспечивается с помощью глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) (см. B.C. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н.В. Иванцевич и др. Спутниковые радионавигационные системы / Под ред. В.С. Шебшаевича. - М.: Радио и связь, 1993, стр.261-275). Однако кроме информации о собственном местоположении ЛПС и направлении его перемещения при решении задач определения местоположения ИРИ необходимо знание его пространственной ориентации: крена klps j, тангажа τlps j и курсового угла αlps (угла сноса или склонения ζlps j), где
ζlps j=µlps j-αlps j, µlps j - значение путевого угла в j-й точке БЛА. Эту информацию возможно получить с помощью известных устройств (см. Пат. РФ №2374659, МПК 7 60137/00, опубл. 27.11.2009 г., бюл. №33. Способ и устройство угловой ориентации летательных аппаратов; Пат. РФ №2371733, МПК 7 60135/0, опубл. 27.10.2009 г., бюл. №30. Способ определения ориентации летательных аппаратов).
Реализация заявляемого способа поясняется следующим образом (см. фиг.3 и 4). На подготовительном этапе по аналогии с прототипом заданную зону контроля S делят на элементарные зоны привязки S0 (см. фиг.2). Размеры элементарной зоны привязки соответствуют предварительно заданной точности местоопределения ИРИ {ΔX, ΔY}. Далее находят географические координаты центров элементарных зон привязки {X, Y}n и присваивают каждой из них порядковый номер n, n=1, 2, …, N. Полученная матрица элементарных зон привязки сохраняет свою актуальность только для конкретного района. В случае определения местоположения ИРИ в другом районе необходимо построить новую матрицу. Весь частотный диапазон ΔF делят на поддиапазоны, ширина которых Δf определяется шириной пропускания приемных трактатов пеленгатора или значениями стандартной сетки частот, используемых в современных радиосредствах. Для УВЧ-диапазона последняя составляет 25 кГц. Поддиапазоны, количество которых P=ΔF/Δf, также нумеруют: V=1, 2, …, P.
Далее рассчитывают эталонные значения ППИП для средних частот всех поддиапазонов fν=Δf(2V-1)/2. В качестве ППИП используют значения разности фаз сигналов Δφm,l, для всех возможных парных комбинаций антенных элементов в рамках антенной решетки пеленгатора. Порядок расчета эталонных ППИП известен (см. Пат. РФ №2327186, МПК 601913/46, опубл. 20.06.2008 г., бюл. №17). Вводят топологию антенной системы (АС), которая включает значения взаимных расстояний между АЭ. Величина погрешности измерений углов Δθk и Δβγ определяется из следующих соображений. Погрешности измерений параметров Δθk и Δβγ не должны приводить к ошибкам местоположения, превышающим площадь элементарной зоны привязки. В процессе расчета эталонных ППИП моделируют размещение эталонного источника поочередно вокруг антенной решетки пеленгатора с дискретностью Δθk и Δβγ, на удалении нескольких длин волн. При этом полагается, что фронт приходящей волны плоский. Для каждого из угловых параметров Δθk, k=1, 2, …K и Δβγ, γ=1, 2, …, Г, вычисляют значения разности фаз Δφm,l,эт(fν) для всех возможных комбинаций пар АЭ решетки и всех частотных поддиапазонов V:
где
- расстояние между плоскими фронтами в m-ном и l-ном антенных элементах, пришедших к решетке под углами Δθk в азимутальной и Δβγ в вертикальной плоскостях, m≠l; xm, ym, zm и xl, yl, zl - координаты m-го и l-го АЭ решетки, c - скорость света. В случае использования АС с плоским (горизонтальным) размещением АЭ (zl=zm) выражение (2) принимает вид
Полученные в результате измерений эталонные ППИП Δφm,l,эт(fν) оформляют в виде эталонного массива данных, вариант представления информации в котором показан на фиг.6.
Далее измеряют ориентацию АС пеленгатора в трех плоскостях, принятых в авиации как крена kant, тангажа lant и склонения ζant {kant, lant, ζant} относительно корпуса БЛА. Значения {kant, lant, ζant} запоминают и в последующем используют для уточнения результатов измерения
Исходя из того, что эталонные значения Δφm,l,эт(fν) зависят только от частоты fν, направления
При обнаружении одного или нескольких сигналов в точке j в заданной полосе частот ΔF формируют массив измеренных ППИП (см. фиг.7), структура представления информации в котором аналогична вышерассмотренной на фиг.6. Для этого на борту БЛА значения Δφm,l,изм(fν)j, измеренные в точке j для всех сочетаний пар антенных элементов Am,l всех частотных поддиапазонов, оформляют в массив измеренных ППИП.
Для очередного цикла оценивания j формируют текущую матрицу измерений
dBn j, по касательной к параллели dLn j и по перпендикуляру к земной поверхности dHn j в метрах:
где Deq - длина экватора в метрах.
Зная указанные координаты, несложно определить предварительные (без учета ориентации ЛПС) значения азимута
На следующем этапе на основе полученных результатов учитывают ориентацию ЛПС в пространстве путем последовательного перехода из одной системы координат в другую. С этой целью изначально на основе
Удобство применения вектора направления на центр n-й элементарной зоны привязки
В результате перемножение этого вектора на шесть матриц поворота в определенном порядке (по количеству учитываемых углов) получают вектор
где
φ - значение соответствующего пространственного параметра ЛПС.
Перевод полученных координат в сферическую систему координат позволяет получить искомые углы направления на центр n-й элементарной зоны привязки: азимут θn и угол места βn
где
Аналогичные операции выполняют в отношении всех N элементарных зон привязки.
Далее для N полученных направлений и известной частоты fν выбирают эталонные значения ППИП Δφm,l,эт(fν). Это правомочно в связи с тем, что эталонные значения Δφm,l,эт(fν) и измеренные значения Δφm,l,изм(fν) рассчитаны в единой системе координат антенны. В связи с этим стало возможным нахождение функции корреляции между эталонными и измеренными значениями. С этой целью вычисляют разность между соответствующими эталонными и измеренными значениями ППИП, полученные разности возводят в квадрат и суммируют
На основе результатов вычислений формируют матрицу измерений
На следующем этапе складывают содержимое элементов rj,c,n матрицы
Таким образом, одним из существенных различий между прототипом и заявляемым способом является смена подхода «расчет всех возможных значений корреляций и применение их для элементарных зон привязки» на подход «расчет значений корреляций для каждой элементарной зоны». Использование ЛПС (БЛА) в качестве транспортной базы позволяет обеспечить существенное улучшение доступности сигналов в УКВ-СВЧ-диапазонах частот, а полный учет пространственной ориентации пеленгатора в совокупности с учетом рельефа местности заданного района (использование параметра βγ) позволяют повысить точность определения координат ИРИ. С другой стороны, при развитии способа-прототипа до измерений в пространстве (см. Пат. РФ 2327186), предлагаемый способ обеспечивает существенное сокращение временных затрат в 6-8 раз при прочих равных условиях.
Заявляемое устройство, показанное на фиг.5, состоит из последовательно соединенных блока определения пространственных параметров 2, первого вычислителя формирователя 3, второго вычислителя-формирователя 4, третьего вычислителя-формирователя 5, четвертого вычислителя-формирователя 6, второго блока памяти 7, пятого вычислителя-формирователя 8, блока оценивания 9, блока определения координат 10 и блока индикации 11, группа информационных выходов которого является выходной шиной 12 устройства, а первая группа информационных входов блока определения пространственных параметров 2 является первой установочной шиной 1 устройства, вторая группа информационных входов блока определения координат 10 является третьей установочной шиной 14 устройства, блока измерения первичных пространственно-информационных параметров 19, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов пятого вычислителя-формирователя 8, третья группа информационных входов которого является шестой установочной шиной 21 устройства, группа информационных входов второго блока памяти 7 является второй установочной шиной 13 устройства, устройство угловой ориентации 18, вторая группа информационных входов которого является пятой установочной шиной 20 устройства, а группа информационных выходов соединена с третьей группой информационных входов третьего вычислителя-формирователя 5, радионавигатора 17, группа информационных выходов которого соединена с первой группой информационных входов устройства угловой ориентации 18, второй группой информационных входов блока определения пространственных параметров 2, второй группой информационных входов первого вычислителя-формирователя 3 и второй группой информационных входов третьего вычислителя-формирователя 5, первого блока памяти 16, группа информационных входов которого является четвертой установочной шиной 15 устройства, а группа информационных выходов соединена со второй группой информационных входов второго вычислителя-формирователя 4, генератора синхроимпульсов 22, выход которого соединен со входами синхронизации блока определения пространственных параметров 2, первого 3, второго 4, третьего 5, четвертого 6 и пятого 8 вычислителей-формирователей, первого 16 и второго 7 блоков памяти, устройства угловой ориентации 18 и блока измерения первичных пространственно-информационных параметров 19.
Работа заявляемого устройства (см. фиг.5) осуществляется следующим образом. На подготовительном этапе зона контроля S разбивается на N элементарных зон привязки (см. фиг.2). Площадь зоны привязки S0 определяется заданной точностью измерения координат ИРИ {ΔX, ΔY}. Определяют координаты местоположения центров элементарных зон привязки {X, Y)n. Результаты вычислений (номера и координаты центров элементарных зон привязки) поступают на первую 1 и третью 14 установочные шины устройства соответственно. В блоках 2 и 10 они записываются в ячейки памяти, номера которых соответствуют номерам элементарных зон привязки.
На следующем этапе рассчитывают эталонные значения первичных пространственно-информационных параметров Δφm,l,эт(fν) для средних частот всех поддиапазонов fν=Δf(2V-1)/2. Данная операция начинается с пространственного описания антенной решетки пеленгатора (см. фиг.1). С этой целью измеряют взаимные расстояния между АЭ Am,l. На их основе рассчитывают значения Δφm,l,эт(fν) по описанному выше алгоритму. При этом моделируют размещение эталонного источника поочередно вокруг АС измерителя с дискретностью Δθ и Δβ на удалении нескольких длин волн. Полученные значения Δφm,l,эт(fν) поступают на вход второго блока памяти 7 по второй установочной шине 13. Здесь осуществляется их запись по адресам в соответствии со значениями углов θk и βγ. Реализация данной функции известна (аналогична устройству-прототипу на микроконтроллере K1810BM86) и в рамках этих материалов не рассматривается.
Далее уточняют ориентацию АС относительно борта ЛПС {kant, lant, ζant}. Эти параметры в процессе полета ЛПС остаются неизменными. Поэтому результаты измерений по четвертой установочной шине 15 поступают на группу информационных входов первого блока памяти 16, где осуществляется их хранение в течение всего периода функционирования устройства.
В процессе работы устройства с помощью блока 19 (см. фиг.11) осуществляют поиск и обнаружение сигналов ИРИ в заданной полосе частот ΔF с последующим измерением ППИП Δφm,l(fν) для всех возможных сочетаний пар АЭ. Выполнение этой операции соответствует формированию массива измеренных ППИП Δφm,l,изм(fν). Найденные значения Δφm,l,изм(fν) поступают на вторую группу информационных входов пятого вычислителя-формирователя 8, где запоминаются в его буферной памяти. В то же время определяют местоположение ЛПС с помощью радионавигатора 17. Одновременно с помощью блока определения пространственных параметров 2 вычисляют предварительные направления с ЛПС на центры всех N элементарных зон привязки в соответствии с выражениями (4)-(8). Исходные данные для определения направлений
В блоке 2 результаты определения улов
Второй и третий вычислители 4 и 5 соответственно предназначены для последовательной реализации выражения (10).
Найденные в блоке 3 значения векторов
где
На следующем этапе в третьем вычислителе-формирователе 5 учитывают ориентацию ЛПС (пеленгатора) относительно земной поверхности и положение ЛПС в пространстве, что позволяет получить истинные направления на центры всех элементарных зон привязки
С этой целью на первую группу информационных входов блока 5 поступают значения векторов
В результате с помощью блоков 2-5, 16-18 в точке у определяют истинное направление от ЛПС на центры всех N элементарных зон привязки. В качестве следующего шага выступает перевод полученных векторов
Найденные значения θn,j и βn,j для всех N элементарных зон привязки поступают на адресные входы второго блока памяти 7. В соответствии с этими адресами из блока 7 изымаются эталонные значения ППИП Δφm,l,эт(fν), хранящиеся в нем. Последние поступают на первую группу информационных входов пятого вычислителя-формирователя 8, на второй группе информационных входов которого присутствуют измеренные значения ППИП Δφm,l,изм(fν)j. В функции блока 8 входит нахождение функции корреляции между эталонными и измеренными значениями ППИП в соответствии с (12) и формирование на их основе матрицы измерений
После выполнения J аналогичных итераций значение сформированной матрицы измерений
Кодовая комбинация с группы информационных выходов блока 9 поступает на группу адресных входов блока определения координат 10. Последний, по аналогии с прототипом, представляет собой блок памяти, в котором в соответствии с номерами элементарных зон привязки (адресами) хранятся координаты их центров {X,Y}n. С поступлением кодовой комбинации n на адресные входы блока 10 на его информационных выходах формируется сигнал с координатами местоположения ИРИ {X,Y}n. Последние поступают на информационные входы блока индикации 11 для отображения результатов определения координат ИРИ и далее на выходную шину устройства 12. Синхронность выполнения рассмотренных выше операций обеспечивают импульсы генератора синхроимпульсов 22.
В устройстве, реализующем предложенный способ, используют известные элементы и блоки, описанные в научно-технической литературе.
Блоки 7, 9, 10, 11, 16, 17, 19 и 22 реализуют аналогично соответствующим блокам устройства-прототипа. Реализация блоков памяти 7 и 16 известна (см. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник / А.Ю. Горденов и др. - М.: Радио и связь, 1990, - 288 с.).
Блок 9 предназначен для определения номера ячейки буферной памяти блока 8 с минимальной суммой Φn(fν), соответствующей номеру элементарной зоны привязки, в которой наиболее вероятно нахождение ИРИ. Реализуется в соответствии с фиг.17 устройства-прототипа.
Блок определения координат 10 представляет собой перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство на основе микросхем серий КМ1809 или КМ558 (см. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник / А.Ю. Горденов и др. - М.: Радио и связь, 1990-288 с.). На подготовительном этапе по шине 14 осуществляют запись координат центров элементарных зон привязки {X,Y}n в блок 10. При этом адреса ячеек памяти блока 10 совпадают с номерами элементарных зон привязки. В процессе работы заявляемого устройства на адресные входы блока 10 поступает код числа с номером элементарной зоны привязки, в которой наиболее вероятно размещение ИРИ.
В соответствии с данной кодовой комбинацией на выходе блока 10 формируется кодовая комбинация, соответствующая координатам элементарной зоны привязки {X,Y}n.
Реализация блока индикации 1 известна и описана, например, в книге Быстров А.Ю. и др. Сто схем с индикаторами / Быстров А.Ю. и др. - М.: Радио и связь, 1990, - 112 с.; Пароль Н.В., Кайдалов С.А. Знакосинтезирующие индикаторы и их применение: Справочник - М.: Радиосвязь, 1998. - 128 с.
Реализация генератора синхроимпульсов 22 известна и широко освещена в литературе (см., например, Радиоприемные устройства: учебное пособие для радиотехн. Спец. ВУЗов / Ю.Т. Давыдов и др. - М.: Высшая школа, 1989, - 342 с.).
Радионавигатор 17 предназначен для измерения путевого угла µlps, широты Blps, долготы Llps и высоты Hlps в момент времени ti нахождения ЛПС в пространстве (момент измерения параметров угловой ориентации ЛПС). Данная функция может быть реализована с помощью навигатора GPS (см. Garmin, GPS навигаторы 12, 12 XL, 12 СХ. Руководство пользователя www.jj.connect.ru).
Блок определения пространственных параметров 2, первый 3, второй 4, третий 5 и четвертый 6 вычислители-формирователи предназначены для предварительного определения направления ЛПС на центры элементарных зон привязки (блок 2) и последующего уточнения этого значения благодаря учету ориентации АС измерителя относительно борта ЛПС и собственно угловой ориентации ЛПС в пространстве. Каждый из названных блоков выполняет строго определенные в выражениях (4) - (11) операции, реализация которых известна. Для повышения быстродействия названные блоки могут быть реализованы на специализированном микропроцессоре TMS320c6416, что дополнительно позволит уменьшить массогабаритные характеристики и потребляемый ток (см. TMS320c6416 http://focus/ti/com/docs/prod/folders/print/TMS320c6416.html), алгоритм работы которых приведен на фиг.8 (блок 2) и фиг.9 (блоки 3-5).
Пятый вычислитель-формирователь 8 предназначен (по аналогии с блоком 9 устройства-прототипа) для формирования матрицы измерений
В связи с массогабаритными ограничениями, ограничениями по потребляемой энергетике вследствие размещения оборудования на борту ЛПС целесообразно блок 8 реализовать на специализированном микропроцессоре TMS320c6414 совместно с блоками 2-7, алгоритм работы которого приведен на фиг.10.
Устройство угловой ориентации 18 предназначено для измерения пространственных параметров ЛПС: крена klps, тангажа llps и склонения ζlps. Реализация блока 18 известна, может быть выполнена в соответствии с Пат. РФ 2374659, МПК G01S 5/00, опубл. 27.11.2009 г., бюл. №33; Пат. РФ 2371733, МПК G01S 5/00, опубл. 27.10.2009 г., бюл. №30. Перед полетом или в процессе полета ЛПС по пятой установочной шине 20 задают оценочные значения скорости ветра U и его направление δ.
Блок измерения первичных пространственно-информационных параметров 19 предназначен для измерения ППИП, в качестве которых выступает разность фаз сигналов Δφm,l(fν) для всех возможных парных комбинаций АЭ в рамках АС пеленгатора. Содержит (см. фиг.11) последовательно соединенную антенную систему 23, антенный коммуникатор 24 (для двухканального исполнения блока 19), радиоприемное устройство 25, аналого-цифровой преобразователь 26, блок преобразования Фурье, блок вычисления разности фаз 28 и блок памяти 29. При двухканальном исполнении блока 19 блоки 25-28 имеют также двухканальное исполнение. При многоканальном исполнении блока 19 (количество каналов обработки сигналов соответствует количеству АЭ) необходимость в антенном коммутаторе 24 отпадает, а блоки 25-28 имеют соответствующую канальность. Блоки с 23 по 28 реализуются аналогично соответствующим блокам устройства-прототипа.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ | 2007 |
|
RU2327186C1 |
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ | 2005 |
|
RU2283505C1 |
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ | 2011 |
|
RU2465613C1 |
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОХРАНЯЕМОГО ОБЪЕКТА | 2011 |
|
RU2469408C1 |
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОХРАНЯЕМОГО ОБЪЕКТА | 2009 |
|
RU2419162C1 |
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЙ | 2012 |
|
RU2510044C1 |
Способ и устройство определения координат источников радиоизлучения | 2017 |
|
RU2659810C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ | 2005 |
|
RU2296341C1 |
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ | 2009 |
|
RU2419106C1 |
СПОСОБ ПЕЛЕНГАЦИИ РАДИОСИГНАЛОВ И ПЕЛЕНГАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2012 |
|
RU2505832C2 |
Изобретения относятся к радиотехнике и могут быть использованы для определения местоположения источника радиоизлучения (ИРИ) с летно-подъемного средства (ЛПС) угломерно-дальномерным способом. Достигаемый технический результат - повышение точности местоопределения ИРИ при незначительном возрастании временных затрат. Технический результат достигается благодаря дополнительному измерению угла места на ИРИ и полному учету пространственной ориентации ЛПС. Данный подход позволил перейти от «расчета всех возможных значений корреляции и применения их при формировании элементов матрицы измерений», каждый из которых соответствует определенной элементарной зоне привязки, на подход «расчет значений корреляций для каждой элементарной зоны привязки». Устройство определения координат ИРИ, реализующее способ, содержит блок определения пространственных параметров, первый, второй, третий, четвертый и пятый вычислители-формирователи, первый и второй блоки памяти, радионавигатор, устройство угловой ориентации, блок измерения первичных пространственно-информационных параметров, генератор синхроимпульсов, блок оценивания, блок определения координат и блок индикации, определенным образом соединенные между собой. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 11 ил.
1. Способ определения координат источника радиоизлучения (ИРИ), включающий на подготовительном этапе вычисление количества N=S/S0 элементарных зон привязки, где S и S0 - соответственно площади зоны контроля и элементарной зоны привязки, присвоение каждой элементарной зоне привязки порядкового номера n, n=1, 2, …, N, определение координат местоположения центров элементарных зон привязки {X,Y}n, расчет и запоминание эталонных значений первичных пространственно-информационных параметров (ППИП) на выходах Am,l-ных антенных элементов, где m,l=1, 2, …, M, m≠l, М>2, относительно направлений прихода тестирующего сигнала {θk} с дискретностью Δθk в азимутальной плоскости, где k=1, 2, …, K; K·Δθk=2π, определяемой заданной точностью измерения координат ИРИ {ΔX, ΔY}, причем эталонные значения ППИП рассчитывают для средних частот fν=Δf(2V-1)/2, где V=1, 2, …, P; P=ΔF/Δf - число частотных поддиапазонов, Δf∈ΔF - ширина частотного поддиапазона, а в процессе работы при обнаружении пеленгатором в точке j, j=1, 2, …, J, сигнала на частоте fν измеряют и запоминают ППИП на выходах Am,l-х антенных элементов решетки с одновременным измерением и запоминанием вторичных параметров: координат местоположения пеленгатора и его азимутальной ориентацией, формирование матрицы измерений Rj(θc,n}ν, размерность которой определяется размерами зоны контроля, и элементарной зоны привязки, сложение элементов rj,c,n матрицы Rj(θc,n)ν с соответствующими элементами rj-1,c,n предшествующей матрицы Rj-1(θc,n)ν, присвоение суммарной матрице имени Rj(θc,n)ν, определение после J измерений ППИП минимальной суммы Φn(fν) в элементах матрицы измерений RJ(θc,n)ν, а за координаты местоположения обнаруженного ИРИ принимают координаты центра элементарной зоны привязки {X,Y}n, соответствующие minΦn(fν), отличающийся тем, что дополнительно рассчитывают эталонные значения ППИП
Φn(fν).
2. Устройство определения координат источника радиоизлучения (ИРИ), включающее последовательно соединенные блок оценивания, блок определения координат и блок индикации, группа информационных выходов которого является выходной шиной устройства, а вторая группа информационных входов блока определения координат является третьей установочной шиной устройства, блок измерения первичных пространственно-информационных параметров (ППИП), последовательно соединенные первый вычислитель-формирователь и второй вычислитель-формирователь, и первый блок памяти, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов второго вычислителя-формирователя, второй блок памяти, радионавигатор, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов первого вычислителя-формирователя, генератор синхроимпульсов, выход которого соединен со входами синхронизации блока измерения ППИП, первого и второго вычислителей-формирователей, первого и второго блоков памяти, отличающееся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные третий вычислитель-формирователь, предназначенный для вычисления в нормальной системе координат истинного вектора направления
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первый вычислитель-формирователь предназначен для перевода пространственных параметров летно-подъемного средства (ЛПС)
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что второй вычислитель-формирователь предназначен для коррекции вектора направления на центр n-й зоны привязки
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ | 2005 |
|
RU2283505C1 |
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ | 2007 |
|
RU2327186C1 |
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ | 2011 |
|
RU2465613C1 |
Изложница с суживающимся книзу сечением и с вертикально перемещающимся днищем | 1924 |
|
SU2012A1 |
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ | 2010 |
|
RU2458360C1 |
СПОСОБ МНОГОКАНАЛЬНОГО АДАПТИВНОГО ПРИЕМА РАДИОСИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО, ЕГО РЕАЛИЗУЮЩЕЕ | 2011 |
|
RU2477551C1 |
US 5625364 A, 29/04/1997 | |||
US 6307503 B1, 23.10.2001 | |||
WO 2005045459 A3, 07.07.2005 | |||
JP 2008203222 A, 04.09.2008 |
Авторы
Даты
2014-12-27—Публикация
2013-10-10—Подача