СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ Российский патент 2020 года по МПК G01S5/10 G01S13/42 H04B7/00 H04W64/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения дальности от фазового центра антенны (ФЦА) передающего радиосигналы (р/с) объекта до ФЦА принимающего р/с объекта. Передающий р/с объект содержит устройство, передающее р/с с заданными индивидуальными признаками. Принимающий р/с объект содержит устройство, принимающее и идентифицирующее р/с и информационно-измерительную подсистему измерения дальности между ФЦА упомянутых объектов. Реализация системы позволит, в том числе, обеспечить точность и однозначность определения указанной дальности.

Известные системы измерения дальности основаны на использовании амплитудных, временных, импульсных, частотных, фазовых и импульсно-фазовых методов измерения параметров р/с (Патенты РФ 2022297, 2096800, 2192022, 2213979, 2232402, 2258242, 2264598, 2309420, 2325666, 2363117, 2371737, 2378660, 2430385, 2439617, 2506605, 2507529, 2510518, 2539968, 2542579, 2558640, 2559813, 2567114, 2568104, 2572589, 2584976, 2587471, 2597007, 2598000, 2599984, 2602506, 2620359, 2638572, 2640032, 2653506, 2657237; Патенты США №№9423502В2, 9465099В2, 9485629В2, 9488735В2, 9661604В1, 9681267В2, 2016/0327630А1. 2016/0330584А1, 2016/0337933А1, Пат. FR 2504275; Основы испытаний летательных аппаратов/ Е.И. Кринецкий и др. Под ред. Е.И. Кринецкого. - М.: Машиностр., 1979, с. 64-89; Радиотехнические системы / Ю.М. Казаринов и др. Под ред. Ю.М. Казаринова. - М.: ИЦ «Академия», 2008, с. 7, 17-18, п.п. 7.1-7.4, гл. 10.; Мельников Ю.П., Попов С.В. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения.- М.; «Радиотехника», 2008, гл. 5; Кинкулькин И.Е. и др. Фазовый метод определения координат. - М.: Сов. радио, 1979, с. 10-11, 97-100).

Известные системы имеют те или иные недостатки, например, большую мощность передатчика, сложность обнаружения движущихся объектов на фоне отражений от неподвижных объектов в импульсном методе, необходимость иметь несколько антенн, высокие требования к линейности ПЧМ сигнала в частотном методе, неоднозначность определения из-за повторения фазы через период в фазовом методе, необходимость наличия единой системы времени принимающей р/с системы и объекта, недостаточное быстродействие и точность и др.

По критерию минимальной достаточности наиболее близким является радиотехническая система по патенту RU №2530236.

Преимуществом заявляемой системы определения дальности от фазового центра антенны (ФЦА) передающего р/с объекта до ФЦА принимающего р/с объекта по сравнению с известными является обеспечение однозначного определения дальности с небольшим количеством измеряемых параметров без привлечения дополнительной информации о местоположении объектов и отсутствие требования обеспечения наличия единой системы времени на объектах. Это достигается тем, что передающий р/с объект содержит устройство, передающее р/с с заданными индивидуальными признаками. Принимающий р/с объект содержит устройство, принимающее и идентифицирующее р/с, соединенное с антенным устройством, и модуль, подсоединенный к антенному устройству, выполненный как с возможностью фиксации положения ФЦА антенного устройства, так и с возможностью перемещения этого ФЦА вдоль заданной прямолинейной траектории по заданному закону. Также принимающий р/с объект содержит измерительно-информационную подсистему (ИИП), функционально связанную с принимающим р/с устройством и модулем, выполненную с возможностью измерения при фиксированном положении ФЦА частотного отклонения спектра принимаемого р/с от заданного положения спектра и измерения при перемещении ФЦА проекции скорости и ускорения его перемещения на прямую, соединяющую ФЦА указанных объектов, и определения по ним и скорости перемещения дальности и передачи полученной информации потребителям. Также передающий р/с объект содержит информационную подсистему, функционально связанную с передающим р/с устройством, выполненную с возможностью приема информации, передаваемой указанной ИИП, и ее использования для корректировки параметров передаваемых р/с.

Для достижения указанного технического результата в соответствии с настоящим изобретением система измерения дальности включает передающий радиосигналы объект, содержащий передающее радиосигналы устройство, выполненное с возможностью передачи радиосигналов с заданными индивидуальными признаками, и соединенное с ним антенное устройство, кроме того, включает принимающий радиосигналы объект, содержащий антенное устройство, с подсоединенным к нему принимающим радиосигналы устройством, выполненным с возможностью приема радиосигналов передающего объекта и их идентификации, при этом принимающий радиосигналы объект содержит подсоединенный к его антенному устройству модуль, выполненный как с возможностью фиксации положения фазового центра антенны его антенного устройства, так и с возможностью перемещения этого фазового центра вдоль заданной прямолинейной траектории по заданному закону s(t) в течение заданного промежутка времени Δt из положения s(0) в положение s(Δt), также принимающий радиосигналы объект содержит измерительно-информационную подсистему, функционально связанную с принимающим радиосигналы устройством и указанным модулем, выполненную с возможностью измерения при фиксированном положении фазового центра его антенны частотного отклонения спектра принимаемого радиосигнала от заданного положения спектра, а при указанном перемещении фазового центра его антенны - с возможностью измерения проекции скорости перемещения указанного фазового центра его антенны v(t) на прямую, соединяющую фазовые центры антенн указанных объектов, и соответствующего ей ускорения a(t), и определения по указанным проекциям скорости v(t)n ускорения a(t) и скорости перемещения фазового центра его антенны V(t), равной производной по времени от перемещения s(t), изменяющейся во времени дальности от фазового центра антенны антенного устройства передающего радиосигналы объекта до фазового центра антенны антенного устройства принимающего радиосигналы объекта в соответствии с уравнением измерения - абсолютное значение величины a(t), кроме того, измерительно-информационная подсистема выполнена с возможностью отображения и передачи полученной информации потребителям, а передающий радиосигналы объект содержит информационную подсистему, функционально связанную с передающим радиосигналы устройством, выполненную с возможностью приема информации, в том числе, передаваемой измерительно-информационной подсистемой принимающего радиосигналы объекта, ее отображения и использования для корректировки параметров передаваемых радиосигналов.

Также передающее радиосигналы устройство выполнено с возможностью формирования и передачи радиосигналов, содержащих, в том числе, по крайней мере, одну гармоническую составляющую.

Кроме того, модуль, подсоединенный к антенному устройству принимающего радиосигналы объекта, выполнен с возможностью осуществления перемещения фазового центра антенны антенного устройства по закону s(t), заданному в виде периодической функции, в том числе, в виде гармонической функции или совокупности гармонических функций, или в виде линейной функции с постоянной скоростью перемещения, равной V₀.

Также модуль, подсоединенный к антенному устройству принимающего радиосигналы объекта, выполнен с возможностью осуществления перемещения фазового центра антенны антенного устройства в виде повторяющихся циклов, в том числе, с изменением направления перемещения.

Совокупность всех признаков позволяет определить дальность от фазового центра антенны (ФЦА) передающего р/с объекта до ФЦА принимающего р/с объекта с достижением упомянутого технического результата.

В существующем уровне техники не выявлено источников информации, которые содержали бы сведения о системах того же назначения с указанной совокупностью признаков. Ниже изобретение описано более детально со ссылками на фигуру.

На фигуре 1 показана заявляемая система. Система измерения дальности 1 включает передающий р/с объект 2, содержащий передающее р/с устройство 3, выполненное с возможностью передачи р/с с заданными индивидуальными признаками. С устройством 3 соединено антенное устройство 4. Система 1 включает также принимающий р/с объект 5, содержащий антенное устройство 6 с подсоединенным к нему принимающим р/с устройством 7, выполненным с возможностью приема р/с передающего объекта 2 и их идентификации.

Принимающий р/с объект 5 содержит подсоединенный к его антенному устройству 6 модуль 8, выполненный как с возможностью фиксации положения фазового центра антенны его антенного устройства 6, так и с возможностью перемещения этого фазового центра вдоль заданной прямолинейной траектории по заданному закону s(t) в течение заданного промежутка времени Δt из положения s(0) в положение s(Δt). Также принимающий р/с объект 5 содержит измерительно-информационную подсистему (ИИП) 9, функционально связанную с принимающим р/с устройством 7 и модулем 8. ИИП 9 выполнена с возможностью измерения при фиксированном положении фазового центра антенны антенного устройства 6 частотного отклонения спектра принимаемого р/с от заданного положения спектра. ИИП 9 выполнена с возможностью измерения при перемещении фазового центра указанной антенны проекции скорости его перемещения v(t) на прямую, соединяющую фазовые центры антенн объектов 2 и 5 и соответствующего ей ускорения a(t). Также ИИП 9 выполнена с возможностью определения по указанным проекциям скорости v(t)n ускорения a(t) и скорости перемещения фазового центра указанной антенны V(t), равной производной по времени от перемещения s(t), изменяющейся во времени дальности от фазового центра антенны антенного устройства 4 передающего р/с объекта 2 до фазового центра антенны антенного устройства 6 принимающего р/с объекта 5 в соответствии с уравнением измерения (1). Кроме того, ИИП 9 выполнена с возможностью отображения и передачи полученной информации потребителям. Передающий р/с объект 2 содержит информационную подсистему 10, функционально связанную с передающим радиосигналы устройством 3, выполненную с возможностью приема информации, в том числе, передаваемой ИИП 9 принимающего р/с объекта 5, ее отображения и использования для корректировки параметров передаваемых радиосигналов.

Передающее р/с устройство 3 может быть выполнено с возможностью формирования и передачи р/с, содержащих, в том числе, по крайней мере, одну гармоническую составляющую.

Модуль 8 может быть выполнен с возможностью осуществления перемещения фазового центра антенны антенного устройства 6 по закону s(t), заданному в виде периодической функции, в том числе, в виде гармонической функции или совокупности гармонических функций, или в виде линейной функции с постоянной скоростью перемещения, а также с возможностью осуществления перемещения фазового центра антенны антенного устройства 6 в виде повторяющихся циклов, в том числе, с изменением направления перемещения.

Антенные устройства 4 и 6 могут быть выполнены с возможностью использования в каждом из них одной общей антенны как для приема, так и для передачи.

Модуль 8 может иметь различные исполнения. Для перемещения ФЦА принимающего р/с объекта 5 могут использоваться преимущественно промышленные модули линейного перемещения (например, приведенные в каталоге www.servotechnica.ru/catalog/type/brand/serie) на базе линейных синхронных двигателей, состоящих из подвижного якоря (он, а также антенна крепятся на перемещаемой каретке модуля) и магнитной дороги, обеспечивающие линейный ход до 9 м со скоростью до 3 м/с. Сервопривод с программируемым логическим контроллером позволит задавать закон перемещения s(t) также в виде периодической функции, в том числе, в виде гармонической функции или совокупности гармонических функций. Задание s(t)B виде линейной функции с постоянной скоростью V₀ перемещения ФЦА принимающего р/с объекта позволяет определить дальность, изменяющуюся во времени, в соответствии с уравнением измерения . Отметим, что в некоторых случаях могут быть использованы вибраторы с соответствующим направлением вибраций.

Предложенная система измерения дальности работает следующим образом. С передающего р/с объекта 2 передают р/с, на принимающем р/с объекте 5 их идентифицируют. При приеме фиксируют положение ФЦА принимающего р/с объекта 5 и измеряют частотное отклонение спектра принимаемого р/с от заданного положения спектра. Кроме того, перемещают ФЦА принимающего р/с объекта 5 вдоль заданной прямолинейной траектории по заданному закону его перемещения s(t) в течение заданного промежутка времени Δt из положения s(0) в положение s(Δt). Измеряют проекцию скорости перемещения ФЦА принимающего р/с объекта 5 v(t) на прямую, соединяющую ФЦА объектов 2 и 5. Также измеряют соответствующее этой скорости ускорение a(t). По указанным проекциям скорости v(t), ускорения a(t)n скорости перемещения ФЦА принимающего р/с объекта V(t), равной производной по времени от перемещения s(t), определяют указанную дальность, изменяющуюся во времени, в соответствии с уравнением измерения (1).

Полученную таким образом информацию отображают и передают потребителям. Так, информацию об измеренном частотном отклонении спектра принимаемого радиосигнала от заданного положения спектра передают на передающий р/с объект 2 с целью получения заданного положения спектра передаваемых им радиосигналов (частотная подстройка).

Также формируют и передают сигналы, содержащие, в том числе, по крайней мере, одну гармоническую составляющую.

Кроме того, осуществляют перемещения ФЦА принимающего р/с объекта в виде повторяющихся циклов, в том числе, с изменением направления перемещения.

Измерение скорости основано, например, на измерении смещения частоты сигнала, связанного с эффектом Доплера.

Дальность, изменяющаяся во времени, от ФЦА передающего р/с объекта до ФЦА принимающего р/с объекта определяется однозначно без привлечения дополнительной априорной информации о местоположении объектов.

Перечислим основные достоинства заявляемой системы:

- обеспечивает однозначное определение дальности от ФЦА передающего р/с объекта до ФЦА принимающего р/с объекта с высокой точностью;

- практически исключается влияние на точность определения дальности наличие отраженных (например, от земли) сигналов;

-не требуется единая система времени на объектах;

- реализация проще и дешевле, чем известных аналогов;

- позволяет осуществить частотную подстройку передаваемых р/с по эталонному генератору принимающего р/с объекта;

- не предъявляет высокие требования к вычислительной системе по быстродействию и объему памяти.

Результативность и эффективность использования заявляемой системы состоит в том, что она может быть применена на практике для развития и совершенствования навигационных систем. Система может быть применена, в том числе, например, при использовании принимающего сигналы объекта в качестве контрольного для выработки соответствующей информации о дальностях от ФЦА передающих сигналы объектов до ФЦА принимающего сигналы объекта в конкретный момент времени с известным положением ФЦА принимающего сигналы объекта в этот момент времени и передачи ее на передающие сигналы объекты.

Таким образом, заявляемая система обеспечивает появление новых свойств, не достигаемых в аналогах. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленной системы условию «новизны».

Также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения действий на достижение указанного результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень». Таким образом, заявленное изобретение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень», а также критерию «промышленная применимость».

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения дальности от фазового центра антенны (ФЦА) передающего радиосигналы (р/с) объекта до ФЦА принимающего р/с объекта. Технический результат - отсутствие требования наличия единой системы времени для передающего и принимающего р/с объектов и обеспечение однозначности определения указанной дальности. Передающий р/с объект содержит устройство, передающее р/с с заданными индивидуальными признаками. Принимающий р/с объект содержит устройство, принимающее и идентифицирующее р/с, соединенное с антенным устройством, и модуль, подсоединенный к антенному устройству, выполненный как с возможностью фиксации положения ФЦА антенного устройства, так и с возможностью перемещения этого ФЦА вдоль заданной прямолинейной траектории по заданному закону. Также принимающий р/с объект содержит измерительно-информационную подсистему (ИИП), функционально связанную с принимающим р/с устройством и модулем, выполненную с возможностью измерения при фиксированном положении ФЦА частотного отклонения спектра принимаемого р/с от заданного положения спектра и измерения при перемещении ФЦА проекции скорости и ускорения его перемещения на прямую, соединяющую ФЦА указанных объектов, и определения по ним и скорости перемещения дальности и передачи полученной информации потребителям. Также передающий р/с объект содержит информационную подсистему, функционально связанную с передающим р/с устройством, выполненную с возможностью приема информации, передаваемой указанной ИИП, и ее использования для корректировки параметров передаваемых р/с. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система измерения дальности, включающая передающий радиосигналы объект, содержащий передающее радиосигналы устройство, выполненное с возможностью передачи радиосигналов с заданными индивидуальными признаками, и соединенное с ним антенное устройство, кроме того, включающая принимающий радиосигналы объект, содержащий антенное устройство, с подсоединенным к нему принимающим радиосигналы устройством, выполненным с возможностью приема радиосигналов передающего объекта и их идентификации, при этом принимающий радиосигналы объект содержит подсоединенный к его антенному устройству модуль, выполненный как с возможностью фиксации положения фазового центра антенны его антенного устройства, так и с возможностью перемещения этого фазового центра вдоль заданной прямолинейной траектории по заданному закону s(t) в течение заданного промежутка времени Δt из положения s(0) в положение s(Δt), также принимающий радиосигналы объект содержит измерительно-информационную подсистему, функционально связанную с принимающим радиосигналы устройством и указанным модулем, выполненную с возможностью измерения при фиксированном положении фазового центра его антенны частотного отклонения спектра принимаемого радиосигнала от заданного положения спектра, а при указанном перемещении фазового центра его антенны - с возможностью измерения проекции скорости перемещения указанного фазового центра его антенны v(t) на прямую, соединяющую фазовые центры антенн указанных объектов, и соответствующего ей ускорения a(t), и определения по указанным проекциям скорости v(t)n ускорения a(t) и скорости перемещения фазового центра его антенны V(t), равной производной по времени от перемещения s(t), изменяющейся во времени дальности от фазового центра антенны антенного устройства передающего радиосигналы объекта до фазового центра антенны антенного устройства принимающего радиосигналы объекта в соответствии с уравнением измерения - абсолютное значение величины a(t), кроме того, измерительно-информационная подсистема выполнена с возможностью отображения и передачи полученной информации потребителям, а передающий радиосигналы объект содержит информационную подсистему, функционально связанную с передающим радиосигналы устройством, выполненную с возможностью приема информации, в том числе, передаваемой измерительно-информационной подсистемой принимающего радиосигналы объекта, ее отображения и использования для корректировки параметров передаваемых радиосигналов.

2. Система измерения дальности по п. 1, отличающаяся тем, что передающее радиосигналы устройство выполнено с возможностью формирования и передачи радиосигналов, содержащих, в том числе, по крайней мере, одну гармоническую составляющую.

3. Система измерения дальности по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что модуль, подсоединенный к антенному устройству принимающего радиосигналы объекта, выполнен с возможностью осуществления перемещения фазового центра антенны антенного устройства по закону s(t), заданному в виде периодической функции, в том числе, в виде гармонической функции или совокупности гармонических функций, или в виде линейной функции с постоянной скоростью перемещения, равной V₀.

4. Система измерения дальности по п. 1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что модуль, подсоединенный к антенному устройству принимающего радиосигналы объекта, выполнен с возможностью осуществления перемещения фазового центра антенны антенного устройства в виде повторяющихся циклов, в том числе, с изменением направления перемещения.