СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ 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. Радиосигналы передает передающий р/с объект, а на принимающем р/с объекте их идентифицируют и определяют дальность между фазовыми центрами антенн (ФЦА) упомянутых объектов. Реализация способа позволит, в том числе, обеспечить точность и однозначность определения указанных дальностей.

Известны способы определения дальности, основанные на использовании амплитудных, временных, импульсных, частотных, фазовых и импульсно-фазовых методов измерения параметров сигнала (Патенты РФ 2022297, 2096800, 2192022, 2213979, 2232402, 2258242, 2264598, 2309420, 2325666, 2363117, 2371737, 2378660, 2430385, 2439617, 2506605, 2507529, 2510518, 2539968, 2558640, 2559813, 2567114, 2568104, 2572589, 2584976, 2587471, 2597007, 2598000, 2599984, 2602506, 2620359, 2638572, 2640032, 2653506, 2657237; Патенты США №№9423502 В2, 9465099 В2, 9485629 В2, 9488735 В2, 9661604 В1, 9681267 В2, 2016/0327630 А1. 2016/0330584 А1, 2016/0337933 А1, 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 способы 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 способ определения дальности объектов по патенту RU №2687059.

Преимуществом заявляемого способа определения дальности от фазового центра антенны (ФЦА) передающего р/с объекта до ФЦА принимающего р/с объекта по сравнению с известными способами 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 р/с с заданными индивидуальными признаками передает передающий р/с объект, на принимающем р/с объекте их идентифицируют. При приеме фиксируют положение его ФЦА и измеряют частотное отклонение спектра принимаемого р/с от заданного положения спектра и используют это отклонение для корректировки параметров передаваемых р/с. Перемещают ФЦА принимающего объекта вдоль заданной прямолинейной траектории по заданному закону его перемещения и измеряют проекцию скорости перемещения ФЦА на прямую, соединяющую ФЦА указанных объектов, и ускорение, соответствующее указанной скорости. По упомянутым проекциям и скорости перемещения вдоль указанной прямолинейной траектории ФЦА принимающего р/с объекта определяют указанную дальность по предложенному в способе уравнению измерения.

Для достижения указанного технического результата в соответствии с настоящим изобретением в способе определения дальности d(t), изменяющейся во времени, где t - текущее время, от фазового центра антенны передающего р/с объекта до фазового центра антенны принимающего р/с объекта, при котором передают радиосигналы с заданными индивидуальными признаками с передающего радиосигналы объекта, на принимающем радиосигналы объекте их принимают и идентифицируют, при приеме фиксируют положение фазового центра антенны принимающего радиосигналы объекта и измеряют частотное отклонение спектра принимаемого радиосигнала от заданного положения спектра, перемещают фазовый центр антенны принимающего радиосигналы объекта 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) и измеряют проекцию скорости перемещения фазового центра его антенны v(t) на прямую, соединяющую фазовые центры антенн указанных объектов, измеряют соответствующее ей ускорение a(t), и по указанным проекциям скорости v(t), ускорения a(t) и скорости перемещения фазового центра антенны принимающего сигналы объекта V(t), равной производной по времени от перемещения s(t), определяют указанную дальность, изменяющуюся во времени, в соответствии с уравнением измерения где |а(t)| - абсолютное значение величины a(t), отображают и передают полученную информацию потребителям, в том числе, передают на передающий радиосигналы объект информацию об измеренном частотном отклонении спектра принимаемого радиосигнала от заданного положения спектра и корректируют с ее использованием параметры передаваемых радиосигналов.

Кроме того, формируют и передают радиосигналы, содержащие, в том числе, по крайней мере, одну гармоническую составляющую.

Также осуществляют перемещение фазового центра антенны принимающего радиосигналы объекта 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, при этом дальность, изменяющуюся во времени, определяют в соответствии с уравнением измерения

Кроме того, перемещения фазового центра антенны принимающего радиосигналы объекта осуществляют 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 способах того же назначения с указанной совокупностью признаков. Ниже изобретение описано более детально.

Сущность способа заключается в следующем.

С передающего р/с объекта передают р/с, на принимающем р/с объекте их идентифицируют. При приеме фиксируют положение ФЦА принимающего р/с объекта и измеряют частотное отклонение спектра принимаемого радиосигнала от заданного положения спектра. Кроме того, перемещают ФЦА принимающего р/с объекта 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 v(t) на прямую, соединяющую ФЦА указанных объектов. Также измеряют соответствующее этой скорости ускорение a(t). По указанным проекциям скорости v(t), ускорения a(t) и 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 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.

Для перемещения ФЦА принимающего р/с объекта могут использоваться, например, промышленные модули линейного перемещения (например, приведенные в каталоге www.servotechnica.ru/catalog) 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) в виде линейной функции с постоянной скоростью перемещения ФЦА принимающего р/с объекта позволяет определить дальность, изменяющуюся во времени, в соответствии с уравнением измерения (2). Отметим, что в некоторых случаях могут быть использованы вибраторы с соответствующим направлением вибраций.

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. Аналогичный способ может быть применим и при использовании других диапазонов частот (оптических, акустических).

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 способа:

- 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 способа проще (в том числе, не требуется, как в прототипе, измерения производной от указанного ускорения) и дешевле, чем известных аналогов;

- позволяет осуществить частотную подстройку передаваемых радиосигналов по эталонному генератору принимающего радиосигналы объекта;

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

Результативность и эффективность использования заявляемого способа состоит в том, что он может быть применен на практике для развития и совершенствования навигационных систем. Способ может быть применен, 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, заявляемый способ обеспечивает появление новых свойств, не достигаемых в аналогах. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию «новизны».

Также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения действий на достижение указанного результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень». 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. Способ характеризуется тем, что передают р/с с заданными индивидуальными признаками передающим р/с объектом, на принимающем р/с объекте их идентифицируют, при приеме фиксируют положение ФЦА принимающего р/с объекта, измеряют частотное отклонение спектра принимаемого р/с от заданного положения спектра и используют это отклонение для корректировки параметров передаваемых р/с. Кроме того, перемещают ФЦА принимающего объекта вдоль заданной прямолинейной траектории по заданному закону его перемещения и измеряют проекцию скорости перемещения ФЦА на прямую, соединяющую ФЦА указанных объектов, и ускорение, соответствующее указанной скорости. По упомянутым проекциям и скорости перемещения вдоль указанной прямолинейной траектории ФЦА принимающего р/с объекта определяют указанную дальность, изменяющуюся во времени. Полученную информацию передают потребителям, в том числе на передающий р/с объект, где корректируют с ее использованием параметры передаваемых радиосигналов. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ определения дальности d(t), изменяющейся во времени, где t - текущее время, от фазового центра антенны, передающего радиосигналы объекта, до фазового центра антенны, принимающего радиосигналы объекта, при котором передают радиосигналы с заданными индивидуальными признаками с передающего радиосигналы объекта, на принимающем радиосигналы объекте их принимают и идентифицируют, при приеме фиксируют положение фазового центра антенны принимающего радиосигналы объекта и измеряют частотное отклонение спектра принимаемого радиосигнала от заданного положения спектра, перемещают фазовый центр антенны принимающего радиосигналы объекта 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), и измеряют проекцию скорости перемещения фазового центра его антенны v(t) на прямую, соединяющую фазовые центры антенн указанных объектов, измеряют соответствующее ей ускорение а(t), и по указанным проекциям скорости v(t), ускорения a(t) и скорости перемещения фазового центра антенны принимающего сигналы объекта V(t), равной производной по времени от перемещения s(t), определяют указанную дальность, изменяющуюся во времени, в соответствии с уравнением измерения где |a(t)| - абсолютное значение величины a(t), отображают и передают полученную информацию потребителям, в том числе передают на передающий радиосигналы объект информацию об измеренном частотном отклонении спектра принимаемого радиосигнала от заданного положения спектра, и корректируют с ее использованием параметры передаваемых радиосигналов.

2. Способ определения дальности по п. 1, отличающийся тем, что формируют и передают радиосигналы, содержащие, в том числе, по крайней мере одну гармоническую составляющую.

3. Способ определения дальности по п. 1 или 2, отличающийся тем, что осуществляют перемещение фазового центра антенны принимающего радиосигналы объекта 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, при этом дальность, изменяющуюся во времени, определяют в соответствии с уравнением измерения

4. Способ по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что перемещения фазового центра антенны принимающего радиосигналы объекта осуществляют в виде повторяющихся циклов, в том числе с изменением направления перемещения.