ОДНОПОЗИЦИОННЫЙ КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ МУЛЬТИПЛИКАТИВНЫЙ РАЗНОСТНО-ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЙ Российский патент 2018 года по МПК G01S5/02 

Однопозиционный корреляционный мультипликативный разностно-относительный способ определения координат местоположения источников радиоизлучения (ИРИ) относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения местоположения источников радиоизлучения УКВ-СВЧ диапазонов как цифровых, так и аналоговых видов связи, размещенных как на Земле, так и в пространстве, сведения о которых отсутствуют в базе данных (например, государственной радиочастотной службы или государственной службы надзора за связью). Изобретение может быть использовано также при поиске местоположения средств радиосвязи как возможных источников помех связи.

Известны способы определения координат ИРИ, в которых используются пассивные пеленгаторы в количестве не менее трех, центр тяжести области пересечения выявленных азимутов которых на фронт прихода волны принимается за оценку местоположения. Основными принципами работы таких пеленгаторов являются амплитудные, фазовые и интерферометрические [1, 2]. К их недостаткам следует отнести высокую степень сложности антенных систем, коммутационных устройств и необходимость применения многоканальных радиоприемников.

Наличие в федеральных округах государственной радиочастотной службы взаимосвязанных через центральный пункт разветвленной сети радиоконтрольных постов (РКП), оборудованных средствами приема радиосигналов, измерения и обработки их параметров, позволяет дополнить их функции и задачами определения местоположения тех ИРИ, сведения о которых отсутствуют в базе данных, не прибегая к использованию сложных и дорогостоящих пеленгаторов.

Из других известных способов и устройств близкими аналогами предлагаемого способа по технической сущности и предназначенными для использования при радиоконтроле могут быть [3, 4]. Способ [3] основан на приеме сигналов тремя антеннами, образующими две пары измерительных баз, измерении разностей времени прихода сигналов ИРИ и детерминированных вычислений искомых координат.

К недостаткам способа следует отнести:

1) Большое количество антенн.

2) Способ не ориентирован на использование РКП.

3) Измерительные базы для вычисления разности времен прихода сигналов ИРИ парами антенн существенно ограничивают разнос этих антенн, не говоря о нецелесообразности и большой технической сложности реализации способа.

Разнесенный разностно-дальномерный пеленгатор [4], состоящий из двух периферийных пунктов, центрального и системы единого времени. Периферийные пункты предназначены для приема, хранения, обработки сигналов и передачи фрагментов сигналов на ЦП, на котором вычисляется разность времени прихода сигналов. В системе единого времени применяется хронизатор, представляющий привязанный к шкале единого времени хранитель шкалы текущего времени (часы), предназначенный для привязки записываемых в ЗУ значений уровня сигнала к значению времени приема.

Данному пеленгатору свойственны следующие недостатки:

1) Не адаптирован к РКП, используемым в филиалах федеральных округов государственной радиочастотной службы или государственной службы надзора за связью.

2) Большое количество специализированных пеленгационных (но не радиоконтрольных) постов.

3) Необоснованное и не раскрытое (хотя бы до функциональной схемы) применение системы единого времени на ЦП и хронизаторов на ПП, синхронизированных с системой единого времени.

4) Необходимость в наличии радиоканалов с большой пропускной способностью (до 625 Мбод) для передачи даже фрагментов сигналов с ПП1 и ПП2 на ЦП.

5) Для организации радиоканала необходимы радиопередающие устройства и получение разрешения на их работу в определенных условиях эксплуатации.

Известен угломерно-корреляционный способ оценивания местоположения наземных источников радиоизлучения [5], заключающийся в том, что на борту самолета-пеленгатора одновременно измеряют собственные координаты местоположения x(k), угол курса ψ(k), пеленг ИРИ (φ_и(k)), отличающийся тем, что бортовая вычислительная система (БВС) осуществляет разбиение участка местности вокруг ИРИ с грубо определенными прямоугольными координатами x_ц, z_ц на I×J прямоугольников с координатами центров x_i, z_i; для каждого прямоугольника и всех точек пеленгации рассчитывают ожидаемые значения пеленгов, затем осуществляют поиск элементарного участка местности возможного местоположения ИРИ, которому соответствует совокупность измеренных значений пеленгов, определяют текущее местоположение ИРИ по величине функционала качества, характеризующего степень соответствия текущей измеренной совокупности пеленгов и их ожидаемых расчетных значений, соответствующих элементарным участкам местности, координаты которых известны. При этом в качестве функционала качества используется экстремум взаимно-корреляционной функции реализации φ_и(k) и φ_ij(k), определяющий совпадение текущего местоположения ИРИ с измеренным элементарным участком местности, координаты которого известны, или взвешенные суммы квадратов разностей текущих измеренных и расчетных значений пеленгов φ_и(k) и φ_ij(k). При этом критерием совпадения текущей реализации пеленгов и их расчетных значений является минимум функционала качества.

Недостатки этого аналога:

1. Способ рассчитан только на применение на борту самолета-пеленгатора.

2. Требуется измерение собственных координат местоположения самолета-пеленгатора.

3. Требуется предварительное грубое определение координат местоположения ИРИ (КМПИРИ).

4. Требуется разбиение участка местности вокруг предполагаемого местоположения ИРИ.

5. Требуется измерение пеленгов на каждый участок местности возможного местоположения ИРИ.

6. Не применим для определения координат местоположения ИРИ в пространстве.

Известно также техническое решение [6], которое относится к радиолокации, в частности к определению местоположения источников радиоизлучений. Техническим результатом является обеспечение возможности определения координат источников радиоизлучений однопозиционной наземной радиолокационной станцией независимо от условий местности.

Указанный технический результат достигается также тем, что в радиолокационной станции, содержащей пассивный канал обнаружения, включающий последовательно соединенные антенну и приемник, а также блок вычисления координат, содержащий последовательно соединенные устройство измерения сдвига принимаемых сигналов во времени и устройство вычисления координат.

Суть предлагаемого способа состоит в следующем.

Для определения координат источника радиоизлучения используют два канала: пассивный и активный каналы обнаружения. Вся система размещена на одной позиции. Антенна пассивного канала обнаружения направлена на источник и принимает его прямое радиоизлучение. Для измерения дальности до источника радиоизлучения с угловыми координатами ∈_и (угол места) и β_и (азимут) используется объект, отражающий радиоизлучение этого источника. При этом с помощью активного канала обнаружения, работающего в пассивном режиме, осуществляют операции поиска, обнаружения и измерения угловых координат (угла места - ∈_о и азимута - β_о) объекта, отражающего излучение, коррелированное с прямым излучением (т.е. осуществляют поиск отражающего объекта). По положению максимума взаимной корреляционной функции излучений, принятых двумя каналами обнаружения, определяют величину временного сдвига Δt этих излучений. После чего осуществляют зондирование направления с координатами ∈_о, β_о и измеряют дальность R₀ до объекта, при необходимости уточняют координаты ∈_о, β_о.

Недостатками этого аналога являются:

1. Способ может применяться только к цифровым (дискретным) видам связи.

2. Необходимы два канала: активный и пассивный, что совершенно недопустимо в военных условиях применения из за демаскирования средства.

3. Необходимость измерения сдвига принимаемых сигналов во времени требует системы жесткой синхронизации.

4. Необходимость осуществления операций поиска, обнаружения и измерения угловых координат (угла места - ∈_о и азимута - β_о) объекта, отражающего излучение. При наличии множественных рассредоточенных в пространстве перемещающихся объектов, как, например, отражателей при постановке пассивных помех комплексам радиоэлектронного противодействия, способ оказывается не работоспособным.

Известно решение [7], которое может быть аналогом предлагаемому способу.

Способ [7] относится к пассивным системам радиоконтроля и предназначен для определения КМПИРИ УКВ-СВЧ диапазонов, использующих цифровые (дискретные) виды сигналов из одного РКП. Способ определения местоположения ИРИ основан на измерении направления на ИРИ, оценке относительной временной задержки, с последующим вычислением координат ИРИ как точки пересечения линии направления на источник и гиперболической линии положения. Все измерения производятся на одном приемном пункте. При этом оценка относительной временной задержки определяется путем определения расхождения времени прихода сигнала от источника относительно опорной временной шкалы, сформированной на основе оценки временной структуры сигнала источника, местоположение которого полагается известным, определяемой на основе сравнения оценок расхождения времени прихода сигналов по времени от источников с известным и оцениваемым местоположением, функционирующих в единой системе синхронизации цифровыми (дискретными) видами сигналов.

Недостатками прототипа являются:

1). Способ распространяется только на цифровые (дискретные) виды связи с четко выраженным периодом следования импульсов тактовой (цикловой) синхронизации, функционирующие в единой системе синхронизации, временные параметры которой и точность их определения существенно влияют на оценку относительной временной задержки, а следовательно, и точность определения координат искомого ИРИ.

2) Отсутствует решение по повышению точности оценки определения координат искомого ИРИ, например, путем увеличении числа корреспондентов из состава радиосети и усреднения результатов вычисления координат искомого ИРИ применительно к каждому из корреспондентов радиосети.

3) Должна быть априорно известна (либо доступна оцениванию) частотно-временная структура сигнала (частота (период) следования импульсов тактовой (цикловой) синхронизации). При этом оценивание частотно-временной структуры сигнала приводит к появлению дополнительной погрешности вычисления координат искомого ИРИ и появлению дополнительных временных и аппаратурных затрат при внедрении способа.

4) Область применения способа ограничивается наземными средствами связи.

5) Область применения способа ограничивается тем, что для реализации способа необходимо иметь:

а) особое радиоприемное устройство, в котором дополнительно должен быть введен автокоррелятор,

б) пеленгатор, удовлетворяющий требованиям по достаточной точности пеленгования, исходя из точности определения координат искомого ИРИ. Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип предлагаемого способа, является [8].

В этом мультипликативном разностно-относительном способе стационарно-мобильного определения координат местоположения источника радиоизлучения для измерения уровней сигналов ИРИ используют один стационарный пост радиоконтроля в качестве базового, а мобильный пост радиоконтроля соединяют с базовым линией связи и перемещают не менее чем по М≥2 точкам, по измеренным на мобильном и базовом радиоконтрольном посту уровням сигналов составляют на последнем и мультипликативных функций, представляющих сочетания, взятые по два и по три, из вычисленных парных сочетаний (М+1) разностей отношений расстояний, расчитанных от точек измерения до местоположения искомого ИРИ по заданным его координатам, и вычисленных парных сочетаний (М+1) обратных отношений соответствующих измеренных величин уровней сигналов искомого ИРИ с учетом дифракционных потерь на рассчитанных по цифровым картам местности трассах рапространения радиосигнала, дихотомически или методом наискорейшего спуска изменяют значение каждого из параметров местоположения ИРИ при неизменных значениях двух других и находят точки экстремумов парных мультипликативных функций и точки перегиба мультипликативных функций, взятых по три, фиксируя после N кратного усреднения каждый найденный в этих точках параметр местоположения источника как окончательный.

Основными недостатками прототипа [8] являются:

1) Отсутствует калибровка способа как эффективный метод повышения точности определения координат местоположения ИРИ.

2) Отсутствует возможность простого и беззатратного повышения точности определения координат местоположения ИРИ за счет снижения случайной ее составляющей путем увеличения статистики и усреднения результатов вычисления.

3) Многопостовость. Требуются стационарный и мобильный пост радиоконтроля.

4) Многопозиционность. Измерение необходимо выполнять на нескольких позициях.

5) Необходимость применения средств связи, что демаскирует местоположение измерителей и снижает живучесть технических и программных средств систем определения координат местоположения ИРИ.

6) Высокая стоимость аппаратной части при реализации способа и высокая стоимость его обслуживания.

7) Используют для определения координат искомого ИРИ мультипликативные функции, представляющие сочетания, взятые только по два и по три, что является искусственным сокращением количества решений, а следовательно, ограничением возможности повышения точности определения координат местоположения искомого ИРИ.

8) Не используется аналитический способ определения координат местоположения искомого ИРИ.

9) Отсутствует решение по повышению точности оценки определения координат местоположения искомого ИРИ, например, путем усреднения результатов вычисления.

Целью настоящего изобретения является разработка способа, обеспечивающего определение координат местоположения ИРИ УКВ СВЧ диапазонов из одного РКП без недостатков, присущих прототипу.

Эта цель достигается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом: способ определения координат местоположения ИРИ, основанный на измерении параметров искомого ИРИ на одном РКП и вычислении тех же параметров для постов, местоположение которых полагается известным, и отличительных признаков, состоящих в том, что многократно измеряют напряженность поля искомого ИРИ и пеленг на него, применяя РКП с логопериодической поворотной антенной системой (ЛПАС), вычисляют среднеквадратическое отклонение азимута от среднего, задают координаты местоположения n виртуальных постов (МП ВП), на расстоянии нескольких угловых минут от МП РКП, вокруг азимутального луча с РКП на ИРИ в секторе утроенного среднеквадратического отклонения азимута на ИРИ, увеличивая расстояния между ВП и приближая их местоположения (МП ВП) к лучу от РКП на ИРИ, по мере удаления от РКП, калибруют способ, для чего: составляют перечень из q базовых РЭС по базе данных используемого РКП, находящихся в том же секторе утроенного среднеквадратического отклонения азимута на ИРИ, вычисляют, по специализированной программе, напряженность поля, создаваемую в месте расположения n ВП и РКП каждым из q базовых РЭС, согласно их перечня, и переопределяют координаты местоположения каждого из q базовых РЭС, для чего: задают координаты пробной точки ПТ (x_i, y_i, z_i), создают набор функций разностей f_ij=(α_ij-β_ij) отношений (ФРО) расстояния R_i (x_i, y_i, z_i) от i-го положения ПТ до РКП к расстоянию R_j(x_j, y_j, z_j) от того же положения ПТ до ВПj или отношений расстояний от i-го положения ПТ до ВПj в любом их сочетании и вычисленных, соответствующих, но обратных, отношений напряженностей Е поля , создают набор из мультипликативных функций (МПФ)

ƒ_iƒ_j1ƒ_j2..ƒ_jn в виде суммы четных и нечетных МПФ, получают из него уравнения функционалов как приравненных к нулю, первых частных производных четных МПФ и вторых частных производных нечетных МПФ по каждой из искомых координат ИРИ, решают их численным способом, изменяют значение каждой из координат ПТ при неизменных значениях ее двух других, и находят точки экстремумов функционалов как переопределенные координаты базовых РЭС, а затем получают по ним калибровочные характеристики (КХ) для каждой пары РКП/ВПj по долготе (КХД), широте (КХШ) и высоте (КХВ) как зависимости разности вычисленных и истинных координат q базовых РЭС от вычисленных координат, устанавливают корреляционную зависимость по напряженности поля (КЗН) между МП РКП и МП ВПj, вычисляют, по среднему значению, измеренной на РКП напряженности искомого ИРИ и КЗН соответствующего ВПj величину напряженности поля искомого ИРИ на каждом ВПj, создают для искомого ИРИ наборы ФРО, наборы МПФ, уравнения функционалов четных и нечетных МПФ и находят из последних, аналогично переопределению координат базовых РЭС, координаты местоположения ПТ(x_i, y_i, z_i), соответствующие точкам экстремумов этих функционалов как точкам с КМП ИРИ, корректируют их по соответствующим КХ и фиксируют уже как окончательные КМП ИРИ.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг. 1. корреляционная зависимость напряженности (КЗН) поля на одном из ВП и напряженности поля на РКП,

фиг. 2. первый вид мультипликативных функций F_чт четного количества множителей в виде функций разностей отношений (ФРО),

фиг. 3. второй вид мультипликативных функций F_нчт нечетного количества множителей в виде функций разностей отношений,

фиг. 4. калибровочная характеристика способа по широте,

фиг. 5. калибровочная характеристика способа по долготе.

В основе однопозиционного способа лежит философский и физический принципы. Философский принцип способа опирается на закон всеобщей взаимосвязи, который подразумевает устойчивую, повторяющуюся связь между всеми объектами, процессами и системами на Земле и во Вселенной. Закон касается не только макромира, но и любого вещества, каждого объекта, находящегося на нашей планете и во всей Вселенной.

В физической основе предложенного способа лежит энергетический принцип, заключающийся в измерении (или вычислении) напряженности поля ИРИ в нескольких точках пространства с известными координатами их местоположения. При этом напряженность поля ИРИ на РКП измеряют, а в дополнительной точке (точках) вычисляют. В качестве дополнительной точки в способе предложен виртуальный пост (ВП), координаты которого и параметры его виртуальной антенны (диаграмма направленности и высота подвеса) задаются. При использовании n ВП их размещают не на одной прямой с РКП, а на расстоянии нескольких угловых минут от РКП, вокруг азимутального луча с РКП на ИРИ в секторе утроенного среднеквадратического отклонения азимута на ИРИ, увеличивая расстояния между ВП и приближая их местоположения (МП ВП) к лучу от РКП на ИРИ, по мере удаления от РКП. Вычисление напряженности на ВП основано на принципе корреляционной зависимости (КЗ) напряженности поля на них, создаваемой в заданном диапазоне частот некоторым множеством источников радиоизлучения, находящихся, согласно базе данных, в зоне электромагнитной доступности РКП, от напряженности поля на РКП, по одной определенной программе, например ПИАР [9]. При этом, диаграмма направленности виртуальной антенны и высота ее подвеса для расчета напряженности на ВП выбираются такими же, как и на РКП. Основное влияние на КЗ оказывает расстояние и характер трассы распространения радиоволн при прохождении до точек их приема. В качестве примера, на фиг. 1 приведена КЗ напряженностей поля между РКП и одним из ВП. Определение же координат местоположения ИРИ основано на мультипликативном разностно-относительном принципе поиска по пространству положения пробной точки (ПТ) как текущего возможного местоположения искомого ИРИ и фиксации такого ее положения, при котором все четные разностно-относительные функции ƒ (фиг. 2) достигают экстремума, а нечетные (фиг. 3) - точки перегиба.

Рассмотрим подробнее получение указанных выше мультипликативных функций, используемых при поиске координат местоположения ИРИ. После задания исходного положения ПТ, путем присвоения ей координат, вычисляют расстояния от РКП i-го местоположения ПТ до каждой j-ой точки, включая один РКП (с индексом 0 в формуле) и все n ВП (j=n+1), по формуле . Затем вычисляют попарные независимые отношения этих расстояний. Обозначив РКП цифрой 0, а цифрами 1, 2, 3…n номера соответствующих BПj, представим эти отношения расстояний от ИРИ до РКП или до ВПi к расстоянию от ИРИ до ВПj в виде: . Таких отношений в виде сочетания по 2 может быть получено . Аналогично составляют и обратные им отношения напряженностей полей , которых может быть получено также . Полученные отношения сравнивают, путем вычитания, и получают функцию f попарных разностей отношений расстояний и обратных им отношений напряженностей (ФРО): f_ij=(α_ij-β_ji). Например, для пары: РКП и ВП₁ f₀₁=(α₀₁-β₁₀), для пары ВП₁ и ВП₂ f₁₂=(α₁₂-β₂₁). Bcex ФРО может быть составлено функций Из этих парных разностей отношений составляют первый вид мультипликативных функций F_чт - функций, содержащих четное количество сомножителей в виде произведения разностей отношений. Например, для пар: РКП и ВП₁ и РКП и ВП₂:

F_чт,01.02=f₀₁*f₀₂. Для пар: РКП И ВП₁ И РКП И ВП₃ F_чт,01.03 =f₀₁*f₀₃. Для трех пар: ВП₁ и ВП₂, РКП и ВП₃, РКП и ВП₄ F_чт01,_02,03,04=f₀₁*f₀₂*f₀₃*f₀₄ и т.д. Всего может быть составлено четных мультипликативных функций ФРО.

Примеры графического отображения функций приведены на фиг. 2.

Теперь из них получают функционалы по каждой из искомых координат. Функционал - это такая функция, аргументы которой также представляют собою функции переменных. Искомые координаты определяют по координатам точки его экстремума. Известно [10, с. 500], чтобы дифференцируемый функционал достигал в точке х₀ экстремума, необходимо, чтобы его дифференциал в этой точке равнялся нулю. И наоборот, если дифференциал функционала в точке х₀ равен нулю, следовательно, эта точка является экстремумом функционала и в ней находится искомый источник. Получим выражения для этих функционалов. Запишем мультипликативную функцию в виде произведения произвольного количества сомножителей, каждый из которых представляет функцию разности отношений (ФРО) ƒ_ij=(α_ij-β_ji). Мультипликативную функцию представим в виде Здесь отсутствуют, для упрощения, координаты (x, y, z). Известно, что производная произведения n функций равна сумме произведений производной каждой из функций на все остальные функции. Из этого правила легко получают другое, согласно которому производная произведения n функций равна произведению этих n функций на сумму отношений производной каждой функции к самой себе. Второе правило эквивалентно первому по сути, но проще в применении. Применим его. Тогда производная мультипликативной функции (2) по любой из координат будет иметь вид и представлять функционал относительно этих искомых координат. Приравнивая к нулю эту производную получим выражение экстремума четных мультипликативных ФРО в виде функционала для определения координат местоположения ИРИ: . Так как мультипликативная функция не равна нулю, по определению, то экстремум функционала (4) будет равен нулю только тогда, когда каждое слагаемое равно нулю. Тогда выражение экстремума функционала упростится и примет вид: . Количество функционалов равно количеству мультипликативных функций. Составляют также нечетные функции F_нчт произведения разностей отношений: трех, пяти, семи и. т.д. Например, для РКП, ВП₁ и ВП₂: F_{нчт,01.02.03}=f*f₀₂*f₀₃. Пример графического отображения таких функций приведен на фиг. 3. Всего может быть составлено , для которых находят их точки перегиба, приравнивая к нулю вторые частные производные по каждой из координат: . Получим выражение функционала для нечетных мультипликативных функций. Для этого возьмем производную от первой производной, представленной в (3). Получим искомый функционал:

Приравняв его к нулю, получим выражение экстремума этого функционала: , позволяющего найти координаты ИРИ для нечетных мультипликативных ФРО.

Общее количество мультипликативных функций и их функционалов равно: .

Первоначально способ калибруют. Это делают для повышения точности определения координат местоположения ИРИ путем их корректировки. В качестве эталона используют базовые РЭС (БРЭС). Составляют перечень этих РЭС. В него включают те РЭС, которые находятся, согласно базе данных используемого РКП, в секторе утроенного среднеквадратического отклонения измеренного азимута на ИРИ. Такой выбор БРЭС обеспечивает лучшие результаты корректировки КМПИРИ, так как эталонные средства (БРЭС) и искомый ИРИ оказываются в одном геометрическом пространстве. Калибровка состоит в получении калибровочных характеристик (КХ) всех пар РКП/BПj. Калибровочные характеристики представляют зависимость разности истинных значений широт, долгот и высот местоположения базовых источников радиоизлучений, как функции ошибки определения их координат. Для получения КХ необходимо переопределить координаты выбранных БРЭС. Для этого рассчитывают по специальной программе [9] напряженность поля от всех базовых РЭС, согласно перечню для выбранного РКП, и каждого ВП, используя сведения о координатах РКП, ВП и базовых РЭС. Составляют набор ФРО, в каждой функции которого ƒ_ij=(α_ij-β_ji) величина , полученная в результате вычисления по программе [9], является постоянной, но различной, для каждой пары РКП/ВПj. Составляют мультипликативные функции из набора ФРО во всех их сочетаниях. На их основе получают функционалы четных и нечетных мультипликативных функций. По полученным функционалам определяют точки экстремума, соответствующие КМПИРИ. При этом их координаты вычисляют численным методом (последовательного приближения, методом наискорейшего спуска или по методу дихотомии, например, методу поразрядного уравновешивания или другим методом). Для использования, например, метода поразрядного уравновешивания, априори должны быть известны диапазоны D значений искомых величин. Эти диапазоны обычно известны исходя из известных параметров зоны электромагнитной доступности используемых РКП. Тем более, при переопределении координат базовых РЭС, эти диапазоны известны. В соответствии с алгоритмом поразрядного уравновешивания, первоначально, путем присвоения, пробной точке (ПТ) задают, в качестве координат начального ее местоположения, среднее из диапазона D значение определяемой величины (например, широты) при фиксированных, но лежащих в известных диапазонах значений долготы и высоты. Если значение мультипликативной функции окажется меньше нуля, то к первоначальному значению широты местоположения ПТ добавляют 1/4 часть диапазона по широте. В противном случае из первоначального значения широты вычитают 1/4 часть диапазона ее значения. Затем опять производят вычисление расстояний от нового положения ПТ до РКП и ВП и оценку результатов сравнения, как описано выше. При этом добавляют (или вычитают) уже 1/8 часть диапазона, затем 1/16 часть и т.д. Такие итерации продолжают до тех пор, пока результат сравнения не окажется по модулю меньше заранее заданного значения погрешности дискретизации каждого параметра местоположения , где m - количество итераций. После определения точки экстремума функционала с координатой по широте, ближайшей к широте местоположения искомого источника (а первоначально по способу таковым является базовое РЭС), приступают к вычислению по такому же алгоритму следующей координаты местоположения источника - долготы или высоты. Найденные координаты всех точек экстремумов Ф_чт и перегиба Ф_нчт функционалов по всем М_чт и М_нчт сочетаниям представляют координаты источников (базовых РЭС или искомого ИРИ). Эти координаты используют для получения калибровочных характеристик (КХ) пар РКП/ВПj. Калибровочные характеристики получают для всех пар РКП/ВП. На фиг. 4 показан пример КХ по широте, а на фиг. 5 - по долготе. Получение координат местоположения искомого ИРИ выполняют аналогично изложенному для базовых РЭС. Только при получении набора функций разности отношений ƒ_ij=(α_ij-β_ji) вместо величины β_ji, полученной для переопределения координат местоположения базовых РЭС расчетным путем по программе [9], используют значения, полученные по результатам измерения на РКП напряженности поля, создаваемой искомым ИРИ, и результатам расчета напряженности поля на ВПj по их КЗН. После корректировки координат конечного положения ПТ последние усредняют по всем точкам экстремумов функционалов и фиксируют уже как окончательные координаты местоположения ПТ. То есть фиксируют как искомые координаты местоположения ИРИ.

За счет усреднения повышают точность определения координат, которая существенно зависит от общего количества усреднений определяемого количеством ВП. Для оценки точности определения координат приведем таблицу количества усреднений для различного количества n BПj.

В таблице приведен расчет N количества ФРО и функционалов М_чт, М_нчт и М для различного количества ВП.

Из таблицы видно, что, в отличие от прототипа, оценки среднего линейного и среднеквадратического отклонения вычисляемых координат могут быть существенно улучшены. Среднее линейное отклонение снижается в М раз, а среднеквадратическое отклонение в раз. Например, при n=4 точность среднего линейного отклонения повышают в 1023 раз, а среднеквадратического отклонения - примерно в 32 раза, чем при однократном вычислении в прототипе.

Итак, алгоритмически, предусматривается выполнение следующих операций: ПТ (x_i, y_i, z_i).

1. Ha РКП многократно измеряют напряженность поля искомого ИРИ и пеленг на него, применяя РКП с логопериодической поворотной антенной системой (ЛПАС).

2. Вычисляют среднеквадратическое отклонение азимута.

3. Задают координаты местоположения n виртуальных постов ВПj (x_j, y_j, z_j на расстоянии нескольких угловых минут от РКП, вокруг азимутального луча с РКП на ИРИ в секторе утроенного среднеквадратического отклонения азимута на ИРИ, увеличивая расстояния между ВП и приближая их местоположения (МП ВП) к лучу от РКП на ИРИ, по мере удаления от РКП.

4. Составляют перечень из q базовых РЭС по базе данных используемого РКП, находящихся в том же секторе утроенного среднеквадратического отклонения азимута на ИРИ, РКП и ВПj.

5. Вычисляют по специализированной программе напряженность поля, создаваемую в месте расположения n ВПj и РКП каждым из q базовых РЭС, согласно их перечню.

6. Выбирают какой-либо численный метод определения координат местоположения ИРИ (базовых РЭС или искомого источника): метод последовательного приближения, дихотомический (описанный выше), или метод наискорейшего спуска, или любой другой.

7. Задают предельные координаты местоположения ПТ(x_i, y_i, z_i).

8. Создают для базовых РЭС, согласно их перечню, наборы ФРО, используя базу данных, а в качестве напряженности поля на РКП и ВПj значения, полученные в п. 5, наборы и поднаборы мультипликативных функций, четные и нечетные функционалы.

9. Получают выражения экстремумов функционалов четных и нечетных мультипликативных функций.

10. Решают полученные выражения экстремумов выбранным численным методом, используя вычисленные по специализированной программе напряженности поля, а расстояния от РКП и каждого ВП до q базовых РЭС вычисляют, используя их координаты, известные по базе данных, переопределяя тем самым координаты местоположения каждого из q базовых РЭС.

11. Получают, по переопределенным координатам базовых РЭС, калибровочные характеристики каждой пары РКП/ВПj по долготе (КХД), широте (КХШ) и высоте (КХВ) как зависимости разности вычисленных и истинных координат q базовых РЭС от вычисленных координат.

12. Устанавливают корреляционную зависимость между вычисленными напряженностями поля в точках размещения РКП и каждого из BПj, используя результаты п. 5.

13. По измеренной на РКП напряженности поля искомого ИРИ и корреляционным зависимостям (КЗН) пар РКП/ВПj определяют напряженность поля на каждом из ВПj.

14. Создают для искомого ИРИ наборы ФРО, используя в качестве напряженности поля на РКП и ВП значения, полученные в п. 1 и п. 13, наборы и поднаборы мультипликативных функций, четные и нечетные функционалы.

15. Получают выражения экстремумов функционалов четных и нечетных мультипликативных функций, используя данные п. 14.

16. Решают полученные выражения экстремумов выбранным численным методом, аналогично переопределению координат базовых РЭС, то есть вычисляют в соответствии с выбранным методом координаты местоположения ПТ, до достижения функционалами точек экстремума.

17. Найденные координаты всех точек экстремумов М_чт или перегиба М_нчт мультипликативных функций по всем М_чт и М_нчт сочетаниям корректируют по калибровочным характеристикам пар РКП/ВПj.

18. Откалиброванные координаты местоположения искомого ИРИ усредняют по всем М=М_чт+М_нчт сочетаниям мультипликативных функций и фиксируют как окончательные координаты местоположения искомого источника радиоизлучения.

В заявляемом способе по сравнению с прототипом устранены многопостовость, многопозиционность, необходимость в средствах связи, сняты искусственные ограничения в количестве сочетаний мультипликативных функций. А введение процедуры калибровки способа и возможность существенного увеличения статистики для усреднений позволяет получать КМПИРИ с большей точностью.

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что аналоги и наиболее близкий из них - прототип, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявляемого способа определения координат местоположения ИРИ, отсутствуют и, следовательно, заявляемый способ обладает свойством новизны.

Исследование известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого способа, показало, что он не следует явным образом из уровня техники, из которого не выявлена также известность влияния преобразований, предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения, на достижение указанного результата, что позволяет считать заявляемый объект соответствующим уровню патентоспособности "изобретательский уровень".

Источники информации

1. Сборник материалов курсов повышения квалификации специалистов радиочастотных центров федеральных округов. Книга 2. - СПб.: СПбГУТ. 2003.

2. Липатников В.А., Соломатин А.И., Терентьев А.В. Радиопеленгация. Теория и практика. СПб. ВАС, 2006 г. - 356 с.

3. Разностно-дальномерный способ пеленгования источника радиоизлучения. Патент РФ №2325666, С2. Авторы: Сайбель А.Г., Сидоров П.А.

4. Разнесенный разностно-дальномерный пеленгатор. Патент РФ №2382378, С1. Авторы: Ивасенко А.В., Сайбель А.Г., Хохлов П.Ю.

5. Угломерно-корреляционный способ определения местоположения наземных источников радиоизлучения. Патент РФ №2458358, С1. Авторы: Верба В.С., Гандурин В.А., Косогор А.А., Меркулов В.И., Миляков Д.А., Тетеруков А.Г., Чернов В.С.

6. Способ определения координат источника радиоизлучения и радиолокационная станция для его реализации. Патент РФ 2217773 С1. Авторы: Беляев Б.Г., Голубев Г.Н., Жибинов В.А., Кисляков В.И., Лужных С.Н.

7. Способ местоопределения источников радиоизлучений. Патент РФ №2248584 С2. Автор(ы): Лузинов В.А. (RU), Устинов К.В. (RU).

8. Мультипликативный разностно-относительный способ стационарно-мобильного определения координат местоположения источников радиоизлучений. Патент РФ №2558637 С2. Авторы: Логинов Ю.И. (RU), Екимов О.Б. (RU), Антипин Б.M. (RU), Гриценко А.А. (RU), Портнаго Л.Б. (RU).

9. Проектирование и анализ радиосетей. Описание и инструкция по эксплуатации. Ярославль, 2009.

10. А.Н. Колмогоров, С.В. Фомин. Элементы теории функций и функционального анализа. Изд. «Наука», М., 1976 г.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения координат местоположения источников радиоизлучения (КМПИРИ) УКВ-СВЧ диапазонов, как цифровых, так и аналоговых видов связи, сведения о которых отсутствуют в базе данных (например, государственной радиочастотной службы). Техническим результатом является определение КМПИРИ одним постом радиоконтроля (РКП). В основе способа лежит корреляционный принцип, заключающийся в том, что многократно измеряют напряженность поля искомого ИРИ и пеленг на него, применяя РКП с логопериодической поворотной антенной системой (ЛПАС), вычисляют среднеквадратическое отклонение азимута, задают координаты местоположения n виртуальных постов (МП ВП), на расстоянии нескольких угловых минут от МП РКП, вокруг азимутального луча с РКП на ИРИ в секторе утроенного среднеквадратического отклонения азимута на ИРИ, увеличивая расстояния между ВП и приближая их местоположения (МП ВП) к лучу от РКП на ИРИ, по мере удаления от РКП, калибруют способ, для чего: составляют перечень из q базовых РЭС по базе данных используемого РКП, находящихся в том же секторе утроенного среднеквадратического отклонения азимута на ИРИ, вычисляют напряженность поля, создаваемую в месте расположения n ВП и РКП каждым из q базовых РЭС, согласно их перечню, и переопределяют координаты местоположения каждого из q базовых РЭС, для чего: задают координаты пробной точки ПТ (x_i, y_i, z_i), представляющей собой текущее возможное местоположение искомого ИРИ, создают набор функций разностей f_ij=(α_ij-β_ji) отношений (ФРО) расстояния R_i(x_i, y_i, z_i) от i-го положения ПТ до РКП к расстоянию R_j(x_j, y_j, z_j) от того же положения ПТ до ВПj или отношений расстояний от i-го положения ПТ до ВПj в любом их сочетании и вычисленных, соответствующих, но обратных, отношений напряженностей Е поля, создают набор из мультипликативных функций (МПФ) ƒ_if_j1f_j2..f_jn в виде суммы четных и нечетных МПФ, получают из него уравнения функционалов как приравненных к нулю, первых частных производных четных МПФ и вторых частных производных нечетных МПФ по каждой из искомых координат ИРИ, решают их численным способом, изменяют значение каждой из координат ПТ при неизменных значениях ее двух других и находят точки экстремумов функционалов как переопределенные координаты базовых РЭС, а затем получают по ним калибровочные характеристики (КХ) для каждой пары РКП/ВПj по долготе (КХД), широте (КХШ) и высоте (КХВ) как зависимости разности вычисленных и истинных координат q базовых РЭС от вычисленных координат, устанавливают корреляционную зависимость по напряженности поля (КЗН) между МП РКП и МП ВПj, вычисляют, по среднему значению, измеренной на РКП напряженности искомого ИРИ и КЗН соответствующего ВПj величину напряженности поля искомого ИРИ на каждом ВПj, создают для искомого ИРИ наборы ФРО, наборы МПФ, уравнения функционалов четных и нечетных МПФ и находят из последних, аналогично переопределению координат базовых РЭС, координаты местоположения ПТ(x_i, y_i, z_i), соответствующие точкам экстремумов этих функционалов как точкам с КМП ИРИ, корректируют их по соответствующим КХ и фиксируют уже как окончательные КМП ИРИ. 5 ил., 1 табл.

Однопозиционный мультипликативный разностно-относительный способ определения координат местоположения (МП) источников радиоизлучения (МПИРИ), основанный на измерении параметров искомого источника радиоизлучений на одном радиоконтрольном посту (РКП) и вычислении тех же параметров в точках, местоположение которых полагается известным, отличающийся тем, что многократно измеряют напряженность поля искомого ИРИ и пеленг на него, применяя РКП с логопериодической поворотной антенной системой (ЛПАС), вычисляют среднеквадратическое отклонение азимута, задают координаты местоположения n виртуальных постов (МП ВП), на расстоянии нескольких угловых минут от МП РКП, вокруг азимутального луча с РКП на ИРИ в секторе утроенного среднеквадратического отклонения азимута на ИРИ, увеличивая расстояния между ВП и приближая их местоположения (МП ВП) к лучу от РКП на ИРИ, по мере удаления от РКП, калибруют способ, для чего: составляют, согласно базе данных используемого РКП, перечень из q базовых радиоэлектронных средств (БРЭС), представляющих собой источники радиоизлучения, принятые за эталонные средства, находящиеся в одном геометрическом пространстве с искомым ИРИ - секторе утроенного среднеквадратического отклонения азимута на ИРИ, вычисляют напряженность поля, создаваемую в месте расположения n ВП и РКП каждым из q базовых РЭС, согласно их перечню и переопределяют координаты местоположения каждого из q базовых РЭС, для чего: задают координаты пробной точки ПТ(x_i, y_i, z_i), представляющей собой текущее возможное местоположение искомого ИРИ, создают набор функций разностей f_ij=(α_ij-β_ji) отношений (ФРО)

от i-го положения ПТ до РКП к расстоянию Rj(x_j, y_j, z_j) от того же положения ПТ до ВПj или отношений расстояний от i-го положения ПТ до ВПj в любом их сочетании и вычисленных, соответствующих, но обратных отношений напряженностей Е поля создают набор из мультипликативных функций(МПФ) в виде суммы четных и нечетных МПФ, получают из него уравнения функционалов как приравненных к нулю, первых частных производных четных МПФ и вторых частных производных нечетных МПФ по каждой из искомых координат ИРИ, решают их численным способом, при этом изменяют значение каждой из координат ПТ при неизменных значениях ее двух других и находят точки экстремумов функционалов как переопределенные координаты базовых РЭС, а затем получают по ним калибровочные характеристики (КХ) для каждой пары РКП/ ВПj по долготе (КХД), широте (КХШ) и высоте (КХВ) как зависимости разности вычисленных и истинных координат q базовых РЭС от вычисленных координат, устанавливают корреляционную зависимость по напряженности поля (КЗН) между МП РКП и МП ВПj, вычисляют по среднему значению измеренной на РКП напряженности искомого ИРИ и КЗН соответствующего ВПj, величину напряженности поля искомого ИРИ на каждом ВПj, создают для искомого ИРИ наборы ФРО, наборы МПФ, уравнения функционалов четных и нечетных МПФ и находят из последних, аналогично переопределению координат базовых РЭС, координаты местоположения ПТ(x_i, y_i, z_i), соответствующие точкам экстремумов этих функционалов как точкам с КМП ИРИ, корректируют их по соответствующим КХ и фиксируют уже как окончательные КМП ИРИ.