СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА РАДИОСИГНАЛОВ Российский патент 2015 года по МПК H04L29/02 H04B7/00 G01S5/10 

Изобретение относится к технике связи, а конкретнее - к способам передачи радиосигналов наземной пунктовой передающей радиосигналы системой и приема радиосигналов и извлечения информации в информационной системе, расположенной на принимающем радиосигналы радиотехническом объекте, стационарном или подвижном. 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 синхронизированно наземной пунктовой передающей радиосигналы системой, фазовые центры передающих антенн каждого из упорядоченно пронумерованных передающих радиосигналы пунктов которой, в количестве не менее пяти, находятся в заданных точках с координатами, известными и на принимающем радиосигналы радиотехническом объекте. Реализация способа позволит в том числе измерить пространственные координаты принимающих 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 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, 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 №2453999.

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 на принимающем радиосигналы радиотехническом объекте. Также способ исключает неоднозначность измерения координат.

Для достижения указанного технического результата в соответствии с настоящим изобретением в способе передачи и приема радиосигналов наземной пунктовой передающей радиосигналы системой и извлечения информации в информационной системе, расположенной на принимающем радиосигналы радиотехническом объекте, стационарном или подвижном, радиосигналы передают синхронизированно наземной пунктовой передающей радиосигналы системой, фазовые центры передающих антенн каждого из упорядоченно пронумерованных передающих радиосигналы пунктов которой, в количестве N не менее пяти, находятся в заданных, не расположенных в одной плоскости, и известных на принимающем радиосигналы радиотехническом объекте точках с координатами X_n, Y_n, Z_n, где индекс n изменяется от 1 до N соответственно в заданной трехмерной декартовой системе координат (X, Y, Z), при этом радиосигналы передают упорядочение сериями, преимущественно по одному радиосигналу из каждого передающего радиосигналы пункта в серии, с заданными необязательно одинаковыми интервалами между сериями, при необходимости передающие радиосигналы пункты передают радиосигналы с заданными индивидуальными признаками, в том числе сложные и составные радиосигналы с заданными индивидуальными признаками их элементов и возможностью их разделения при приеме, и при необходимости с заданными, необязательно одинаковыми, и известными на принимающих радиосигналы радиотехнических объектах задержками по времени между радиосигналами, радиосигналы принимают на конкретном принимающем радиосигналы радиотехническом объекте, идентифицируют их соответствующим передающим радиосигналы пунктам, регистрируют моменты времен приема радиосигналов на принимающем радиосигналы радиотехническом объекте в заданной на нем системе отсчета времени, при необходимости исключают из них соответствующие указанные времена задержек, указанные моменты времен приема радиосигналов с исключенными временами задержек при необходимости центрируют посредством исключения из каждого момента времени среднего значения всех моментов времен серии, 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 системе принимающего радиосигналы радиотехнического объекта 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

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

$$\begin{array}{c}{a}_1=c_0{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n^2-c_1{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{X}_n}}+c_4{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n},a_4=c_0{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n{Y}_n-c_1{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{Y}_n}}+c_4{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n},\\ a_2=c_0{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n^2-c_2{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{Y}_n}}+c_5{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n},a_5=c_0{\displaystyle \sum _{n=1}^N{X}_n{Z}_n-c_2{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{Z}_n}}+c_5{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n},\\ a_3=c_0{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n^2-c_3{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{Z}_n}}+c_6{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n},a_6=c_0{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Y}_n{Z}_n-c_3{\displaystyle \sum _{n=1}^N{d}_n{Z}_n}}+c_6{\displaystyle \sum _{n=1}^N{Z}_n},\end{array}(2)$$

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

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

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

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

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

при необходимости серии и все указанные действия в них повторяют и через измеренные в сериях координаты принимающего радиосигналы радиотехнического объекта x, y, z измеряют другие траекторные характеристики этого 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 наземной пунктовой передающей радиосигналы системе, кроме того, при необходимости радиосигналы наземной пунктовой передающей радиосигналы системы также принимают на контрольном наземном принимающем радиосигналы радиотехническом объекте с заданными в указанной трехмерной декартовой системе координат (X, Y, Z) координатами фазового центра его принимающей антенны x_к, y_к, z_к преимущественно идентично приему радиосигналов принимающим радиосигналы радиотехническим объектом, измеряют координаты x_ки, y_ки, z_ки фазового центра принимающей антенны контрольного наземного принимающего радиосигналы радиотехнического объекта идентично указанному измерению координат принимающего радиосигналы радиотехнического объекта и корректируют указанные измеренные координаты x, y, z принимающего радиосигналы радиотехнического объекта по известным координатам x_к, y_к, z_к и измеренным координатам x_ки, y_ки, z_ки фазового центра принимающей антенны контрольного наземного принимающего 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.

Радиосигналы передают синхронизированно наземной пунктовой передающей радиосигналы системой. Фазовые центры передающих антенн каждого из упорядоченно пронумерованных передающих радиосигналы пунктов этой системы, 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 соответственно в заданной трехмерной декартовой системе координат (X, Y, Z). Эти координаты известны на принимающем радиосигналы радиотехническом объекте. При этом радиосигналы передают упорядоченно сериями, преимущественно по одному радиосигналу из каждого передающего радиосигналы пункта в серии. Интервалы между сериями заданы необязательно одинаковыми. При необходимости передающие радиосигналы пункты передают радиосигналы с заданными индивидуальными признаками, 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. Также при необходимости радиосигналы передают с заданными, необязательно одинаковыми, и известными на принимающих радиосигналы радиотехнических объектах задержками по времени между радиосигналами.

Радиосигналы принимают на конкретном принимающем радиосигналы радиотехническом объекте и идентифицируют их соответствующим передающим радиосигналы пунктам. На этом объекте регистрируют моменты времен приема радиосигналов в заданной на нем системе отсчета времени. При необходимости исключают из них соответствующие указанные времена задержек. Указанные моменты времен приема радиосигналов с исключенными временами задержек при необходимости центрируют посредством исключения из каждого момента времени среднего значения всех моментов времен серии. 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 системе принимающего радиосигналы радиотехнического объекта через измеренные параметры d_n и упомянутые координаты X_n, Y_n, Z_n измеряют параметры c_i, где индекс i изменяется от 1 до 6, в соответствии с уравнениями измерений (1). Через упомянутые координаты X_n, Y_n, Z_n, измеренные параметры d_n и c_i измеряют параметры a _j с размерностью длины в четвертой степени, где индекс j изменяется от 1 до 6, в соответствии с уравнениями измерений (2). Через упомянутые координаты X_n, Y_n, Z_n, измеренные параметры d_n и c_i измеряют параметры b_k, где индекс k изменяется от 1 до 3, в соответствии с уравнениями измерений (3). Через измеренные параметры a _i измеряют параметры A_l, где индекс l изменяется от 0 до 6, в соответствии с уравнениями измерений (4). И, наконец, пространственные координаты фазового центра принимающей антенны принимающего радиосигналы радиотехнического объекта x, y, z измеряют преимущественно через параметры A_l и b_k в соответствии с уравнениями измерений (5).

При необходимости серии и все указанные действия в них повторяют и через измеренные в сериях координаты принимающего радиосигналы радиотехнического объекта x, y, z измеряют другие траекторные характеристики этого объекта, в том числе с использованием статистических методов траекторных измерений. Эту информацию при необходимости отображают и передают потребителям. При необходимости переданную потребителям информацию принимают и отображают на наземной пунктовой передающей радиосигналы системе.

Кроме того, при необходимости радиосигналы наземной пунктовой передающей радиосигналы системы также принимают на контрольном наземном принимающем радиосигналы радиотехническом объекте с заданными в указанной трехмерной декартовой системе координат (X, Y, Z) координатами фазового центра его принимающей антенны x_к, y_к, z_к. При этом на указанном контрольном объекте радиосигналы принимают преимущественно идентично приему радиосигналов принимающим радиосигналы радиотехническим объектом. Координаты x_ки, y_ки, z_ки фазового центра принимающей антенны контрольного наземного принимающего радиосигналы радиотехнического объекта измеряют идентично указанному измерению координат принимающего радиосигналы радиотехнического объекта. Затем корректируют измеренные координаты x, y, z принимающего радиосигналы радиотехнического объекта по известным координатам x_к, y_к, z_к и измеренным координатам x_ки, y_ки, z_ки фазового центра принимающей антенны контрольного наземного принимающего 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 стационарного или подвижного принимающего радиосигналы (р/с) радиотехнического объекта (РО). Технический результат заключается в повышении эффективности и упрощении соответствующих радиотехнических комплексов. Для этого р/с с заданными индивидуальными признаками и с заданными задержками по времени между р/с, обеспечивающими упорядоченный приход р/с на РО, находящийся в любой точке зоны обслуживания, и известными на РО, передают сериями с N≥5 упорядоченно пронумерованных передающих р/с пунктов наземной передающей р/с системы (НПС), координаты фазовых центров антенн которых известны на РО, а в заданной на РО системе отсчета времени регистрируют моменты времен их приема. На РО по упомянутым координатам и моментам времен приема идентифицированных соответствующим пунктам НПС р/с в серии, с учетом указанных заданных задержек по времени между р/с, измеряют координаты фазового центра антенны РО в соответствии с предложенными уравнениями измерений.

Способ передачи и приема радиосигналов наземной пунктовой передающей радиосигналы системой и извлечения информации в информационной системе, расположенной на принимающем радиосигналы радиотехническом объекте, стационарном или подвижном, при котором радиосигналы передают синхронизировано наземной пунктовой передающей радиосигналы системой, фазовые центры передающих антенн каждого из упорядоченно пронумерованных передающих радиосигналы пунктов которой, в количестве N не менее пяти, находятся в заданных, не расположенных в одной плоскости, и известных на принимающем радиосигналы радиотехническом объекте точках с координатами Χ_n, Υ_n, Ζ_n, где индекс n изменяется от 1 до Ν соответственно в заданной трехмерной декартовой системе координат (Χ, Υ, Ζ), при этом радиосигналы передают упорядоченно сериями из каждого передающего радиосигналы пункта с заданными интервалами между сериями, передающие радиосигналы пункты передают радиосигналы с заданными индивидуальными признаками, в том числе сложные и составные радиосигналы с заданными индивидуальными признаками их элементов и возможностью их разделения при приеме, и с заданными и известными на принимающих радиосигналы радиотехнических объектах задержками по времени между радиосигналами, радиосигналы принимают на конкретном принимающем радиосигналы радиотехническом объекте, идентифицируют их соответствующим передающим радиосигналы пунктам, регистрируют моменты времен приема радиосигналов на принимающем радиосигналы радиотехническом объекте в заданной на нем системе отсчета времени, исключают из них соответствующие указанные времена задержек, указанные моменты времен приема радиосигналов с исключенными временами задержек центрируют посредством исключения из каждого момента времени среднего значения всех моментов времен серии, 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 системе принимающего радиосигналы радиотехнического объекта 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 принимающей антенны принимающего радиосигналы радиотехнического объекта х, 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,
серии и все указанные действия в них повторяют и через измеренные в сериях координаты принимающего радиосигналы радиотехнического объекта x, y, z измеряют другие траекторные характеристики этого объекта, в том числе с использованием статистических методов траекторных измерений, эту информацию отображают и передают потребителям, переданную информацию принимают и отображают на наземной пунктовой передающей радиосигналы системе, кроме того, радиосигналы наземной пунктовой передающей радиосигналы системы также принимают на контрольном наземном принимающем радиосигналы радиотехническом объекте с заданными в указанной трехмерной декартовой системе координат (Χ, Υ, Z) координатами фазового центра его принимающей антенны x_к, y_к, z_к, измеряют координаты x_ки, y_ки, z_ки фазового центра принимающей антенны контрольного наземного принимающего радиосигналы радиотехнического объекта и корректируют указанные измеренные координаты x, y, z принимающего радиосигналы радиотехнического объекта по известным координатам x_к, y_к, z_к и измеренным координатам x_ки, y_ки, z_ки фазового центра принимающей антенны контрольного наземного принимающего радиосигналы радиотехнического объекта.