Способ первичного отождествления позиционных измерений и определения местоположения целей в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе в условиях многоцелевой обстановки Российский патент 2019 года по МПК G01S13/06 

Предлагаемое изобретение относится к радиолокации, а именно к способу определения местоположения наземных целей наземной пространственно распределенной радионавигационной системой (РНС), содержащей передатчики опорных станций РНС, наземный приемник, в которой для подсвета целей используются сигналы передатчиков РНС.

Радионавигационная система «передатчики - цели - приемник» решает задачу, связанную с объединением в приемнике информации, поступающей от нескольких передатчиков при радиолокационном наблюдении нескольких целей. Эта задача состоит в отождествлении измеряемых параметров с соответствующими целями и определении местоположения этих целей.

В радиолокации весьма обширный и важный класс лоцируемых объектов составляют источники радиоизлучений, наблюдение за которыми осуществляется приемниками, принимающими излучаемые радиосигналы. Широкое применение на практике нашли многопозиционные системы, описанные в [1]. В этом источнике рассматриваются методы определения пространственного положения одной цели: эллиптический, гиперболический, триангуляционный, а такие их сочетания. Но отсутствуют сведения о позиционных измерениях и определении местоположения целей в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе в условиях многоцелевой обстановки и не решается задача отождествления измерений.

Известны также способы многопозиционной радиолокации [2, 3].

В [2] предложен способ многопозиционной радиолокации, заключающийся в излучении радиолокационных сигналов, синхронизированном приеме отраженных сигналов аппаратурой разнесенных позиций, объединении и совместной обработке принятых сигналов и информации разнесенных позиций, полученной от других радиолокационных средств. Аппаратурой разнесенных позиций, подключенной с помощью аппаратуры высокочастотного присоединения к линиям электропередачи (ЛЭП), осуществляют синхронизированные излучение и прием сигналов с использованием ЛЭП, затем при обработке полученной информации осуществляют корректировку информации, полученной в результате обработки сигналов, принятых с ЛЭП, посредством сопоставления ее с сигналами, отраженными от целей, полученными аппаратурой разнесенных позиций, и с информацией, полученной аппаратурой разнесенных позиций от других радиолокационных средств. Но в этом способе отсутствуют математические выражения, позволяющие определить местоположение целей и провести отождествление измерений в многоцелевой обстановке.

В [3] предложена многопозиционная система определения местоположения воздушных судов, содержащая наземный радиозапросчик и самолетный ответчик, соединенные линией запроса, не менее трех приемников ответных сигналов, соединенных с самолетным ответчиком по линиям ответа, ЭВМ с модулем расчета координат воздушного судна, выполненным с учетом измерения высоты полета и разности дальностей до воздушного судна относительно местоположения запросчика и др. В этой системе отождествление воздушных судов осуществляется по кодированному ответному сигналу, содержащему в общем виде информацию о бортовом номере, высоте, запасе топлива. Однако при отсутствии ответного сигнала отождествление измерений становится невозможным.

Задачей предлагаемого способа является отождествление позиционных измерений и определение местоположения нескольких наземных целей радионавигационной системой по измерениям сумм расстояний от наземных целей до передатчиков опорной станции РНС и наземного приемника, координаты которых известны. При этом в наземном приемнике неизвестна информация о принадлежности измеренных расстояний той или иной наземной цели.

Поставленная задача решается способом осуществляющим:

- излучение навигационных сигналов передатчиками опорных станций распределенной радионавигационной системой (РНС) с известными координатами (x_n, y_n), (n=1, 2, …, N), которые рассеиваются наземными целями с искомыми координатами х_цm, у_цm (m=1, 2, …, М), наземным приемником с известными координатами (x₀, y₀), синхронизированного с передатчиками опорных станций РНС, по сигналам, рассеянным наземными целями, измеряет расстояния R_nm «n-й передатчик - m-я цель - приемник»;

- задание для обзора пространства возможного расположения целей задаются координаты виртуальной наземной цели x_ц(k), y_ц(k), k=1, 2, …, K являющихся центрами областей регулярной структуры, вписанной в область ответственности РНС;

- формирование для каждого n-го передатчика (n=1, 2, …, N), регистрируемого в приемнике, формирование М уравнений, соответствующих М целям

где ε_n - погрешность измерения расстояний;

- выбор из этих уравнений, соответствующее цели с номером , для которой модуль разности между виртуальным и измеренным расстоянием «n-й передатчик - m-я цель - приемник» будет минимальным;

- формирование суммы минимальных значений модулей разностей, соответствующих виртуальной цели ;

- выбор координаты, после расчета модулей разностей Δ_k, в качестве координат каждой из М целей соответствующие М минимальным значениям этих модулей, при этом набор из М векторов, каждый из которых включает N измерений R_nm, обеспечивающий минимум Δ_k (k=1, 2, …, K) являющимся результатом первичного отождествления позиционных измерений в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе.

На Фиг. 1 приведена функциональная схема наземной пространственно распределенной РНС «передатчики - цели - приемник».

Наземная пространственно распределенная РНС состоит из наземных передатчиков опорных станций 1₁, 1₂, …, 1_N, с известными координатами (x_n, y_n), (n=1, 2, …, N) и наземного радиоприемника 2 с известными координатами (x₀, y₀).

Наземные передатчики опорных станций 1₁, 1₂, …, 1_N излучают навигационные сигналы, которые рассеиваются наземными целями 3₁, 3₂, …, 3_М с искомыми координатами (x_mц, y_mц), (m=1, 2, …, М).

Наземный приемник 2 с известными координатами (х₀, у₀), синхронизированный с наземными передатчиками опорных станций 1₁, 1₂, …, 1_N, наряду с навигационными сигналами, распространяющимися вдоль прямого пути «n-й передатчик - приемник» принимает навигационные сигналы, рассеянные наземными целями 3₁, 3₂, …, 3_М, находящимися в зоне действия наземной пространственно распределенной РНС.

При приеме слабого рассеянного навигационного сигнала осуществляется компенсация мощного навигационного сигнала прямого распространения, играющего роль структурно-детерминированной помехи. Для этого при приеме смеси мощного прямого навигационного сигнала и слабого навигационного сигнала, рассеянного целью, осуществляется процедура обнаружения мощного прямого сигнала, формируется точная копия этого сигнала и вычитается из записанной входной смеси [4].

Далее наземный приемник 2, синхронизированный с наземными передатчиками опорных станций 1₁, 1₂, …, 1_N, измеряет расстояния R_nm «n-й передатчик - m-я цель - приемник». Однако в наземном приемнике 2, неизвестно какой из m-ой наземной цели 3₁, 3₂, …, 3_М принадлежит расстояние «n-й передатчик - m-я цель - приемник». Из-за этого возникает большое число возможных вариантов координат наземных целей 3₁, 3₂, …, 3_М.

В ходе процесса первичного отождествления результатов измерений в наземной пространственно распределенной РНС необходимо измерения расстояний, проведенные по навигационным сигналам, рассеянным наземными целями 3₁, 3₂, …, 3_М и принятым в наземном приемнике 2, поставить в соответствие нужной наземной цели 3₁, 3₂, …, 3_М и грубо определить ее координаты.

Способ первичного отождествления позиционных измерений и определения местоположения целей в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе в условиях многоцелевой обстановки основан на виртуальном обзоре пространства возможного расположения наземных целей 3₁ 3₂, …, 3_М по координатам x и у с шагом, соответствующим разрешающей способности наземной пространственно распределенной РНС. При этом на каждом k-ом шаге сканирования задаются предполагаемые координаты х_ц(k) и у_ц(k) виртуальной цели 3₁, 3₂, …, 3_М.

Для заданных координат х_ц(k) и у_ц(k) для каждого n-го передатчика составим систему уравнений, в которой координаты виртуальной цели х_ц(k) и у_ц(k) связываются с измеренными расстояниями R_nm вдоль трассы распространения «n-й передатчик - m-я цель - приемник» с помощью М приближенных уравнений

где ε_n, n=1, 2, …, N - погрешность измерения расстояний.

Перепишем уравнения (1) в виде разностей между левой и правой частями, т.е в виде разностей между виртуальными и измеренными расстояниями «n-й передатчик - m-я цель - приемник». При этом для каждого n-го передатчика, регистрируемого в приемнике, получим М уравнений, соответствующих М целям

Из этих уравнений выбираем уравнение, соответствующее цели с номером , для которой модуль разности между виртуальными и измеренными расстояниями «n-й передатчик - m-я цель - приемник» будет минимальным.

Формируем сумму минимальных значений модулей разностей, соответствующих виртуальным целям

Эта сумма будет иметь минимальное значение, когда координаты х_ц(k) и у_ц(k) виртуальной цели будут близки к координатам (х_цm, у_цm), истинной цели 3_m и измеренные приемником 2 расстояния , обеспечивающие минимум Δ_k, будут принадлежать этой цели.

То есть критерием наличия М целей в точках их возможного расположения (х_ц(k), у_ц(k)), будет М минимальных значений сумм из К возможных.

Таким образом, после расчета сумм модулей разностей Δ_k координатами М целей выбираются координаты, соответствующие М минимальным значениям этих сумм модулей, при этом набор из М векторов, каждый из которых включает N измерений , обеспечивающих минимум Δ_k, является результатом первичного отождествления позиционных измерений в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе.

Литература

1. Черняк B.C. Многопозиционная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1993, стр. 73-74, 392-396].

2. Патент 2332684 РФ, МПК G01S 10/00. Способ многопозиционной радиолокации и устройство для его осуществления / А.Л. Куликов (РФ); Куликов Александр Леонидович (РФ). - №2007102750; Заявлено 24.01.2007; Опубл. 27.08.2008. Бюл. 24. 5 с.: 1 ил.

3. Патент 2584689 РФ, МПК G01S 13/74. Многопозиционная система определения воздушных судов / Г.Н. Майков (РФ), А.В. Демидюк (РФ), Е.В. Демидюк (РФ); Майков Геннадий Николаевич (РФ), Демидюк Андрей Викторович (РФ), Демидюк Евгений Викторович (РФ). - №2014145250; Заявлено 11.11.2014; Опубл. 20.05.2016. Бюл. 14. 11 с.: 3 ил.

4. Патент 2591052. МПК G01S 5/06, G01S 13/95. Способ обнаружения и оценки радионавигационных параметров сигнала космической системы навигации, рассеянного воздушной целью, и устройство его реализации / В.В. Кирюшкин (РФ), Д.А. Черепанов (РФ), А.А. Дисенов (РФ), В.В. Неровный (РФ), А.В. Коровин (РФ), B.C. Ткаченко (РФ); Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации, Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военный учебно-научный центр Военновоздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации. - №2014101847; Заявлено 21.01.2014; Опубл. 27.07.2015 Бюл. №21. 9 с.: 1 ил.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к определению местоположения наземных целей наземной пространственно распределенной радионавигационной системой (РНС), содержащей передатчики опорных станций РНС, наземный приемник, в которой для подсвета целей используются сигналы передатчиков РНС. Достигаемый технический результат - отождествление позиционных измерений и определение местоположения нескольких наземных целей радионавигационной системой по измерениям сумм расстояний от наземных целей до передатчиков опорной станции РНС и наземного приемника, координаты которых известны. Указанный результат достигается за счет того, что передатчиками опорных станций РНС с известными координатами осуществляется излучение навигационных сигналов, которые рассеиваются наземными целями с искомыми координатами, наземным приемником с известными координатами, синхронизированным с передатчиками опорных станций РНС, по сигналам, рассеянным наземными целями, измеряется расстояния R_nm «n-й передатчик - m-я цель - приемник», при этом для обзора пространства возможного расположения целей задаются координаты виртуальной наземной цели, для каждого n-го передатчика (n=1, 2, …, N), регистрируемого в приемнике, осуществляется формирование М уравнений, соответствующих М целям, из этих уравнений выбирается уравнение, соответствующее цели с номером , для которой модуль разности между виртуальным и измеренным расстоянием «n-й передатчик - m-я цель - приемник» будет минимальным, формируются суммы минимальных значений модулей разностей, соответствующих виртуальным целям , после расчета сумм модулей разностей Δ_k координатами М целей выбираются координаты, соответствующие М минимальным значениям этих сумм модулей, при этом набор из М векторов, каждый из которых включает N измерений , обеспечивающих минимум Δ_k, является результатом первичного отождествления позиционных измерений в наземной пространственно распределенной РНС. 1 ил.

Способ первичного отождествления позиционных измерений и определения местоположения целей в наземной пространственно-распределенной радионавигационной системе в условиях многоцелевой обстановки, осуществляющий:

- излучение навигационных сигналов передатчиками опорных станций распределенной радионавигационной системой (РНС) с известными координатами (x_n, y_n), (n=1, 2, …, N), которые рассеиваются наземными целями с искомыми координатами x_цm, у_цm (m=1, 2, …, М), наземным приемником с известными координатами (х₀, у₀), синхронизированным с передатчиками опорных станций РНС, по сигналам, рассеянным наземными целями, измеряет расстояния R_nm «n-й передатчик - m-я цель - приемник»;

- задание для обзора пространства возможного расположения целей, при этом задаются координаты виртуальной наземной цели х_ц(k), у_ц(k), k=1, 2, …, K являющихся центрами областей регулярной структуры, вписанной в область ответственности РНС;

- формирование для каждого n-го передатчика (n=1, 2, …, N), регистрируемого в приемнике, М уравнений, соответствующих М целям

где ε_n - погрешность измерения расстояний;

- выбор из этих уравнений, соответствующее цели с номером для которой модуль разности между виртуальным и измеренным расстоянием «n-й передатчик - m-я цель - приемник» будет минимальным;

- формирование суммы минимальных значений модулей разностей, соответствующих виртуальной цели

- выбор координаты, после расчета модулей разностей Δ_k, в качестве координат каждой из М целей соответствующие М минимальным значениям этих модулей, при этом набор из М векторов, каждый из которых включает N измерений R_nm, обеспечивающий минимум Δ_k(k=1, 2, …, K), являющимся результатом первичного отождествления позиционных измерений в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе.