Однопозиционный мультипликативный разностно-относительный способ определения координат местоположения источников радиоизлучения Российский патент 2018 года по МПК G01S5/02 

Однопозиционный мультипликативный разностно-относительный способ определения координат местоположения источников радиоизлучении (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 пеленг ИРИ отличающийся тем, что бортовая вычислительная система (БВС) осуществляет разбиение участка местности вокруг ИРИ с грубо определенными прямоугольными координатами х_ц, z_ц на I×J прямоугольников с координатами центров х_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 и определяющий совпадение текущего местоположения ИРИ с измеренным элементарным участком местности, координаты которого известны, или взвешенные суммы квадратов разностей текущих измеренных и расчетных значений пеленгов и 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 (угол места) 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 - и азимута - ) 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 этих излучений. После чего осуществляют зондирование направления с координатами и измеряют дальность R₀ до объекта, при необходимости уточняют координаты

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 - и азимута - ) 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, рассчитанных 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) Многопостовость. Требуются стационарный и мобильный пост радиоконтроля.

2) Многопозиционность. Измерение необходимо выполнять на нескольких позициях.

3) Необходимость применения средств связи, что демаскирует местоположение измерителей.

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

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

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 используют энергетический принцип, являющийся основой, как цифровых, так и аналоговых видов связи, измеряют напряженность поля искомого ИРИ и пеленг на него, задают координаты местоположения n виртуальных постов (ВП), в количестве не менее двух, не лежащих с ним на одной прямой и находящихся на расстоянии нескольких угловых минут относительно РКП, разбивают зону электромагнитной доступности вокруг РКП на к пеленгационных сегментов, вычисляют по специализированной программе [9], или аналогичной ей, напряженность поля в месте расположения РКП и n ВП, создаваемую каждым из источников радиоизлучения заданного диапазона частот, известных по соответствующей базе данных используемого РКП, устанавливают корреляционную зависимость между напряженностью поля на каждом из n ВП и напряженностью поля на РКП, измеряют на последнем напряженность поля от искомого ИРИ и по ее величине и корреляционной зависимости определяют напряженность поля на соответствующем ВП. Вычисляют n отношений напряженности поля РКП к напряженности поля ВП. Для пеленгационных сегментов с максимальным коэффициентом корреляции осуществляют поиск координат местоположения источника радиоизлучения. Для чего: задают координаты местоположения пробной точки (ПТ), как текущего местоположения искомого ИРИ, составляют, и мультипликативных функций, представляющих сочетания, взятые по нечетным ) и по четным количествам сомножителей в этих функциях, где и - символы округления до большего и меньшего целого, из вычисленных n разностей отношений расстояний от n ВП к расстоянию РКП до местоположения ПТ и обратных отношений напряженностей поля сигналов искомого ИРИ, соответствующих этим расстояниям, а затем, равномерно или дихотомически или методом наискорейшего спуска или другим методом изменяют значение каждой из координат ПТ при неизменных значениях ее двух других и находят точки экстремумов или перегиба мультипликативных функций местоположения ПТ, координаты которых по всем и сочетаниям корректируют по калибровочным характеристикам пар РКП - ВП, представляющим зависимости разности вычисленных координат ПТ и истинных координат источников радиоизлучений, известных по соответствующей базе данных используемого РКП, как функции ошибки определения координат ПТ, а потом усредняют последние, и фиксируют, после этого их, как окончательные координаты местоположения искомого ИРИ,

2. отличающийся по п. 1 тем, что по измеренному пеленгу и координатам местоположения РКП составляют уравнение линии наклонной дальности и ПТ перемещают по ней, а предварительные координаты местоположения ПТ на этой прямой задают при максимальном расстоянии от РКП, в соответствии с зоной его электромагнитной доступности.

Исходными условиями для реализации способа однопозиционного определения координат местоположения ИРИ являются:

1) Пространство распространения радиоволн принимают за свободное,

2) Антенны искомых источников радиоизлучения являются ненаправленными,

3) Условия измерения и местоположение искомого ИРИ за время проведения измерений и вычисления координат его местоположения не изменяются.

Эти условия, в большинстве случаев, выполняются и не ограничивают применение способа.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг. 1 - расположение РКП, ВП, ИРИ,

фиг. 2 - корреляционная зависимость напряженности поля на одном из ВП и напряженностью поля на РКП,

фиг. 3 - первый вид мультипликативных функций F_чт четных произведений разностей отношений,

фиг. 4 - второй вид мультипликативных функций F_нчт произведений нечетных разностей отношений,

фиг. 5 - калибровочная характеристика способа по широте,

фиг. 6 - калибровочная характеристика способа по долготе,

фиг. 7 - размещение РКП, ВП, проекции наклонной дальности на плоскость хоу, начальное, промежуточное и конечное положение ПТ,

фиг. 8 - проекция наклонной дальности на плоскость xoz.

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.

Атомы соединяются в молекулы, которые вполне упорядочиваются в составе вещества, придавая ему те или иные свойства. Электромагнитное поле радиопередатчиков создает напряженность в точках пространства прямо пропорциональную эквивалентной изотропно излучаемой мощности (ЭИИМ) и обратно пропорциональную расстоянию до точки приема излучения. Напряженности поля в любых точках пространства зоны электромагнитной доступности (ЭМД) радиосредств оказываются взаимно коррелированными. Отношение же напряженностей в точках приема не зависит от ЭИИМ радиоизлучений и обратно пропорционально расстояниям. Чем меньше расстояние между точками приема, находящимися в зоне ЭМД, тем ближе коэффициент корреляции к единице. Из закона всеобщей взаимосвязи вытекает также и философский принцип «максимума и минимума» Лейбница Г.В. Сам принцип формулируется так: минимум сущности порождает максимум существования. «Природа щедра в своих действиях и бережлива в применяемых ею причинах» и все в мире достигает максимальных результатов при помощи минимума средств. В частности, применение нескольких радиоконтрольных постов в зоне ЭМД контролируемых радиопередатчиков, избыточно. Установив экспериментально или расчетным путем соответствие зоны ЭМД радиоконтрольных постов (РКП) и ЭМД радиопередатчиков вполне можно ограничиться минимумом сущности (то есть количеством РКП) для максимума существования. Вообще, в познании этот принцип ориентирует на то, чтобы при помощи минимума правильно избранных приемов и законов достигнуть максимума результатов. Таким образом, бережливость природы сама призывает к такой минимизации средств радиоконтроля, которая обеспечивает решение задач радиоконтроля, в частности, определение координат местоположения источников радиоизлучения. Каков должен быть минимум информации и каков же для этого должен быть минимум средств? Для определения координат местоположения источника радиоизлучения на плоскости (широты и долготы) необходимо иметь два независимых значения отношений напряженности поля (при применении энергетического принципа определения координат). При этом, ЭИИМ радиоизлучений знать не нужно. То есть, необходимо измерить или вычислить напряженность в трех пространственно, разнесенных и не лежаших на одной прямой точках. При этом можно ограничиться на измерении напряженности поля в одной точке, используя один РКП, а в двух других точках, предварительно задав их координаты, вычислить, опираясь на установленную между точками корреляционную связь по полю. Можно дополнительно на том же РКП определить и азимут на искомый источник радиоизлучения. Но эта избыточность, новой информации о координатах не добавит, а только позволит минимизировать процесс их вычисления. Правда, при определении азимута на искомый источник радиоизлучения можно ограничиться вычислением напряженности поля только в одной точке, опираясь на установленную между точками корреляционную связь по полю. Для определения координат местоположения источника радиоизлучения в пространстве количество исходных данных возрастает на единицу. Но нужно уже определять не азимут, а пеленг на искомый источник радиоизлучения.

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 они размещают не на одной прямой с РКП и отстоят от него на несколько угловых минут. 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. 2 приведена КЗ напряженностей поля между РКП и одним из ВП. Определение же координат местоположения ИРИ основано на мультипликативном разностно-относительном принципе при сканировании по пространству положения пробной точки (ПТ), как текущего возможного местоположения искомого ИРИ, и фиксации такого ее положения, при котором мультипликативные функции F_чт (фиг. 3) достигают экстремума или мультипликативные функции F_нчт (фиг. 4) достигают 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 i-го местоположения ПТ, до каждой j-ой точки, включая один РКП 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 ВП, представим эти отношения расстояний в виде, например, . Таких отношений может быть получено n. Аналогично составляют и обратные им отношения напряженностей полей, в которых индекс i, для различения с расстояниями, опущен: Всего может быть также составлено n отношений. Полученные отношения сравнивают, путем вычитания, и получают функцию F попарных разностей отношений расстояний и обратных им отношений напряженностей. Например, эту разность для РКП и ВП₁ определяют, как F₀₁=(n_01i-n₁₀). Для РКП и ВП₂, как F₀₂=(n_02i-n₂₀).

Для РКП и ВП_П определяют, как F_0n=(n_0ni-n_n0). Таких функций F_0n попарных независимых разностей отношений расстояний и обратных им отношений напряженностей поля их комбинаций всего может быть составлено n функций. Из этих попарных разностей отношений составляют первый вид мультипликативных функций F_чт - функций, содержащих четное количество сомножителей в виде разностей отношений. Например, для пар: РКП и и РКПи ВП₂: F_чт,01.02=F₀₁*F₀₂

Для пар: РКП и ВП₁ и РКП и ВП₃ - F_чт,01.03=F₀₁*F₀₃.

Для пар: РКП и ВП₁, РКП и ВП₂, РКП и ВП₃ РКП и ВП₄ -

F_{чт01,02,03,04}=F₀₁*F₀₂*F₀₃*F₁₀₄ и т д. Всего может быть составлено таких функций.

Для этих функций, с целью определения координат местоположения искомого ИРИ, находят точки их экстремума. Примеры графического отображения четных функций приведены на фиг. 3. Составляют также функции F_нчт произведения нечетных разностей отношений: трех, пяти, семи и.т.д. Например, для РКП, ВП₁ и ВП₂: F_{нчт,01.02.03}=F₀₁*F₀₂*F₀₃, Всего может быть составлено - n функций F_нчт, для которых находят точки их перегиба. Пример графического отображения таких функций приведен на фиг. 4. Координаты местоположения искомого ИРИ, при этом, могут вычисляться 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. В соответствии с алгоритмом поразрядного уравновешивания, первоначально, путем присвоения, пробной точке (ПТ) задают, в качестве координат начального ее местоположения (см. фиг. 1.), 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 промежуточного положения ПТ (см фиг. 1), с координатой по широте, ближайшей к широте местоположения искомого ИРИ, приступают к вычислению по такому же алгоритму следующей координаты местоположения ПТ-долготы и высоты. Найденные координаты всех точек экстремумов М_чт и перегиба M_нчт мультипликативных функций по всем М_чт и М_Знчт сочетаниям представляют координаты конечного положения ПТ. Эти координаты корректируют по калибровочным характеристикам (КХ) пар РКП-ВП. Калибровочные характеристики представляет зависимость разности истинных значений широт, долгот и высот местоположения источников радиоизлучений, известных по соответствующей базе данных, так называемых базовых ИРИ, и вычисленных значений тех же параметров для тех же источников радиоизлучений, полученных в точках экстремума и перегиба мультипликативных функций, как функции ошибки определения координат. Калибровочные характеристики получают для всех пар РКП-ВП всех k пеленгационных сегментов. На фиг. 5 показан пример КХ по широте, а на фиг. 6. - по долготе. После корректировки координат конечного положения ПТ координаты усредняют по всем точкам экстремума и перегиба, 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 М=М_чт+М_нчт=2ⁿ-(n+1), определяемого количеством ВП, принятого за n. Для оценки точности определения координат приведем таблицу количества усреднений 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=12 точность среднего линейного отклонения повышают в 4083 раз, а среднеквадратического отклонения - примерно в 64 раза, чем при однократном вычислении в прототипе.

Итак, алгоритмически, способ по п. 1 формулы изобретения предусматривает выполнение следующих операций:

1. На РКП изменяют напряженность поля искомого ИРИ.

2. Разбивают зону электромагнитной доступности РКП на k пеленгационных сегментов с шириной каждого, не превышающей удвоенную среднюю ошибку определения пеленга, используемой для этой цели ЛПАС, задавая предельные значения координат сегментов.

3. Задают координаты n ВП, при n не менее 2, не лежащих на одной прямой с РКП и находящихся от него на расстоянии нескольких угловых минут.

4. Вычисляют напряженности поля на РКП и в каждом ВП от источников излучения, находящихся в каждом из k пеленгационных сегментов согласно базе данных РКП, используя программу [9] или ей подобную.

5. Устанавливают корреляционную зависимость и калибровочную характеристику пар РКП-ВП между вычисленными напряженностями поля на РКП и в точке размещения каждого из n ВП по всем k пеленгационным сегментам.

6. По измеренной на РКП напряженности поля искомого ИРИ и корреляционным зависимостям определяют напряженность поля на каждом из n ВП.

7. Вычисляют отношения напряженностей поля во всех комбинациях.

8. Выбирают метод определения координат местоположения искомого ИРИ: метод последовательного приближения, дихотомический (описанный выше) или метод наискорейшего спуска, или любой другой.

9. Задают первоначальные координаты местоположении ПТ, как точки возможного местоположения искомого ИРИ.

10. Вычисляют расстояния R_ipкп от i-ой точки местоположения ПТ до РКП и расстояния R_ij до j-го ВП_j.

11. Вычисляют отношения расстояний во всех комбинациях.

12. Составляют две группы мультипликативных уравнений с четным и нечетным количеством сомножителей., представляющих произведения сомножителей в виде разностей отношений расстояний от РКП или ВП до ПТ и соответствующих им обратных отношений напряженностей поля,.

13. Вычисляют, в соответствии с выбранным методом, координаты местоположения ПТ, до достижения мультипликативными уравнениями точек экстремума или перегиба, используя в качестве напряженности поля на РКП и ВП значения, полученные в п. 1 и п. 6.

14. 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-ВП.

15. 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.

Реализация способа по п. 2 формулы изобретения поясняется фиг. 7, на которой показана линии горизонтальной дальности, как проекция линии наклонной дальности на горизонтальную плоскость хоу, размещение РКП и ВП, расположенные вокруг него на расстоянии нескольких угловых минут, начальное, одно промежуточное и конечное положение ПТ, а также прямые, связывающие два ВП, выбранные для пояснения принципа работы, с РКП и начальным, промежуточным и конечным положением ПТ. Под линией наклонной дальности в радиолокации понимают линию, соединяющую местоположение радиолокатора (в нашем случае РКП) с целью (ИРИ). Первоначально, как и указано выше при описании способа по п 1, задается положение ПТ с максимальным ее удалением от РКП, в соответствии с зоной его электромагнитной доступности, по линии горизонтальной дальности. Затем, на линии горизонтальной дальности отыскивается любым методом, в том числе численным методом, например, делением пополам, такое положение ПТ, при котором мультипликативная функция, представляющая, в различных сочетаниях по два и по три, произведения разностей отношений, подробно описанных выше в п. 1, не достигнет точек экстремума или перегиба. Таким образом, в отличие от п. 1, ПТ перемещается не по всему пространству возможных положений искомого ИРИ, а только по линии наклонной дальности, описываемой системой из двух уравнений:

заданной координатами местоположения РКП (х_а, у_а) и измеренным пеленгом на ИРИ (азимутом ϕ и углом возвышения γ). Первое уравнение системы описывает горизонтальную дальность, как проекцию на горизонтальную плоскость хоу линии наклонной дальности с азимутом ϕ с и углом возвышения γ, и позволяет вычислить одну из координат ПТ по найденной другой координате точек экстремумов М_чт или для М_нчт точек перегиба мультипликативных функций, например, вычислить широту при найденной долготе или, наоборот, вычислить долготу по найденной широте. Второе же уравнение описывает прямую возвышения, показанную на фиг. 8, как проекцию на вертикальную плоскость xoz линии наклонной дальности, и позволяет вычислить высоту z местоположения ИРИ, по найденной или вычисленной до этого одной из координат (например, долготе). Такой способ существенно сокращает время определения координат местоположения ИРИ по сравнению с поиском координат по всему пространству возможного местоположения ИРИ, изложенным в описании по п. 1 формулы настоящего изобретения. Например, для определения координат с точностью один метр, при размере объема пространства возможного местоположения ИРИ равного 16×16×16 кМ, необходимо выполнить 4*10¹² последовательных перемещений с определением в каждом положении ПТ М_чт точек экстремумов или точек перегиба мультипликативных функций. При поиске координат местоположения ИРИ по пространству дихотомическим методом с той же точностью потребуется выполнить не более 3*14=42 перемещений ПТ, при поиске с использованием линии наклонной дальности - только 14 перемещений.

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), Установ 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.

Изобретение относится 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). Технический результат - определение КМПИРИ одним постом радиоконтроля (РКП) и n, равно или более двух, виртуальных постов (ВП). В основе способа лежит энергетический принцип, заключающийся в измерении (или вычислении) напряженности поля ИРИ и 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 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 и «удаляют» от него по широте и(или) по долготе на несколько угловых минут. Вычисление напряженности на ВП основано на принципе корреляционной зависимости (КЗ) напряженностей полей, создаваемых множеством источников радиоизлучения в заданном диапазоне частот, находящихся, согласно базе данных, в зоне электромагнитной доступности РКП и вычисляемых, как для РКП, так и для всех заданных ВП по определенной программе. Для получения КЗ зону электромагнитной доступности РКП относительно последнего предварительно разбивают на k пеленгационных сегментов, выполняют расчет напряженности поля, для РКП и всех заданных ВП, создаваемой множеством источников радиоизлучения в заданном диапазоне частот и формируют КЗ напряженности поля каждого ВП от напряженности поля РКП. Для пеленгационных сегментов с высоким коэффициентом корреляции напряженностей полей пар РКП-ВП, например, более 0,7, и по измеренной на РКП напряженности поля искомого ИРИ определяют напряженность на соответствующих ВП. На основании полученных пар напряженностей полей РКП-ВП последовательно определяют КМПИРИ: широту - Xi и долготу - Yi и высоту - Zi по критерию достижения точки экстремума или перегиба мультипликативной функцией (МПФ) разностей отношений расстояний возможного местоположения ИРИ до каждой из соответствующих местоположений пар РКП-ВП и соответствующих им обратных отношений уровней сигналов, полученных в этих парах, и взятых в сочетаниях по два или по три. КМПИРИ могут вычисляться методом последовательного приближения, наискорейшего спуска или дихотомии. Кроме того, в способе может быть использована линия горизонтальной дальности, как проекция линии наклонной дальности на горизонтальную плоскость хоу или как линия, соединяющая местоположение радиолокатора (в нашем случае РКП) с целью (ИРИ), что существенно сокращает время определения координат местоположения ИРИ по сравнению с поиском координат по всему пространству возможного местоположения ИРИ. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 ил.

1. Однопозиционный мультипликативный разностно-относительный способ определения координат местоположения источников радиоизлучения, 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 используют энергетический принцип, являющийся основой, как цифровых, так и аналоговых видов связи, измеряют напряженность поля искомого ИРИ и пеленг на него, задают координаты местоположения n виртуальных постов (ВП), в количестве не менее двух, не лежащих с ним на одной прямой и находящихся на расстоянии нескольких угловых минут относительно РКП, разбивают зону электромагнитной доступности вокруг РКП на k пеленгационных сегментов, напряженность поля в месте расположения РКП и n ВП, создаваемую каждым из источников радиоизлучения заданного диапазона частот, известных по соответствующей базе данных используемого РКП, устанавливают корреляционную зависимость между напряженностью поля на каждом из n ВП и напряженностью поля на РКП, измеряют на последнем напряженность поля от искомого ИРИ и по ее величине и корреляционной зависимости определяют напряженность поля на соответствующем ВП, вычисляют n отношений напряженности поля РКП к напряженности поля ВП, для пеленгационных сегментов с максимальным коэффициентом корреляции осуществляют поиск координат местоположения источника радиоизлучения, для чего: задают координаты местоположения пробной точки (ПТ) как текущего местоположения искомого ИРИ, составляют две группы мультипликативных уравнений счетным и нечетным количеством сомножителей, представляющих произведения разностей отношений расстояний от РКП или ВП до ПТ и соответствующих им обратных отношений напряженностей поля, взятые по нечетным и по четным значениям нечетных Мнчт(fнчт) и четных Мчт(fчт) функций, где а и - символы округления до большего и, соответственно, меньшего целого, из вычисленных n разностей отношений расстояний от n ВП к расстоянию РКП до местоположения ПТ и n обратных отношений напряженностей поля сигналов искомого ИРИ, соответствующих этим расстояниям, а затем равномерно или дихотомически или методом наискорейшего спуска изменяют значение каждой из координат ПТ при неизменных значениях ее двух других и находят точки экстремумов М_ч или перегиба М_нч мультипликативных функций местоположения ПТ, координаты которых по всем М_ч и М_нч сочетаниям корректируют по калибровочным характеристикам пар РКП - ВП, представляющим зависимости разности вычисленных координат ПТ и истинных координат источников радиоизлучений, известных по соответствующей базе данных используемого РКП как функции ошибки определения координат ПТ, а потом усредняют последние, и фиксируют после этого их как окончательные координаты местоположения искомого ИРИ/

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по измеренному пеленгу и координатам местоположения РКП составляют уравнение линии наклонной дальности и ПТ перемещают по ней, а предварительные координаты местоположения ПТ на этой линии наклонной дальности задают при максимальном расстоянии от РКП, в соответствии с зоной его электромагнитной доступности.