СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ Российский патент 2020 года по МПК G01S5/10 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 указанной дальности.

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, 2016/0327630А1. 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 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, фиксируя положение антенны принимающего р/с объекта, фиксируют заданное положение ее фазового центра (ФЦ) и измеряют частотное отклонение спектра принимаемого р/с от заданного положения спектра. Это отклонение используют для обеспечения частотной подстройки передаваемых р/с. Кроме того, перемещают антенну (и соответственно ФЦА) принимающего объекта вдоль заданной круговой траектории с заданной угловой скоростью и измеряют проекцию скорости перемещения ФЦА на прямую, соединяющую ФЦА указанных объектов, соответствующее ей ускорение и производную этого ускорения по времени. По упомянутым проекциям и указанной угловой скорости определяют указанную дальность, изменяющуюся во времени, по предложенному в способе уравнению измерения. Полученную информацию передают потребителям, в том числе, на передающий р/с объект.

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, передают радиосигналы с заданными индивидуальными признаками с передающего радиосигналы объекта, на принимающем радиосигналы объекте их принимают и идентифицируют, при приеме, фиксируя положение антенны принимающего радиосигналы объекта, фиксируют заданное положение ее фазового центра и измеряют частотное отклонение спектра принимаемого радиосигнала от заданного положения спектра, передают на передающий радиосигналы объект информацию об измеренном частотном отклонении спектра принимаемого радиосигнала от заданного положения спектра и с использованием этой информации обеспечивают частотную подстройку передаваемых радиосигналов, перемещают антенну принимающего радиосигналы объекта таким образом, что ее фазовый центр перемещается вдоль заданной круговой траектории с заданной угловой скоростью ω из упомянутого заданного положения на этой траектории в течение заданного промежутка времени 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), производную этого ускорения b(t) по времени, и по указанным проекциям скорости v(t), ускорения a(t), производной этого ускорения b(t) по времени и указанной угловой скорости определяют указанную дальность, изменяющуюся во времени, в соответствии с уравнением измерения d(t)=-3v(t)a(t)/(b(t)+ω²v(t)), отображают и передают полученную информацию потребителям.

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

Также перемещение антенны принимающего радиосигналы объекта осуществляют из заданного положения в другое заданное положение на указанной круговой траектории, в том числе, и через заданное число полных циклов оборотов, а также и с изменением направления перемещения.

Кроме того, измерения указанных d(t) производят на заданных участках указанной круговой траектории.

Совокупность всех признаков позволяет определить дальность от 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, фиксируя положение антенны принимающего р/с объекта, фиксируют заданное положение ее ФЦ и измеряют частотное отклонение спектра принимаемого р/с от заданного положения спектра. Передают на передающий р/с объект информацию об измеренном частотном отклонении спектра принимаемого р/с от заданного положения спектра и с использованием этой информации обеспечивают частотную подстройку передаваемых р/с. Кроме того, перемещают антенну принимающего р/с объекта таким образом, что ее ФЦ перемещается вдоль заданной круговой траектории с заданной угловой скоростью ω из упомянутого заданного положения на этой траектории в течение заданного промежутка времени Δt. Измеряют проекцию скорости перемещения ФЦА принимающего р/с объекта v(t) на прямую, соединяющую ФЦА указанных объектов. Измеряют ускорение a(t), соответствующее проекции указанной скорости, и производную этого ускорения b(t) по времени. По указанным проекциям скорости v(t), ускорения a(t), производной этого ускорения b(t) по времени и указанной угловой скорости определяют указанную дальность, изменяющуюся во времени, в соответствии с приведенным уравнением измерения. Полученную информацию отображают и передают потребителям. Также формируют и передают р/с, содержащие, в том числе, по крайней мере, одну гармоническую составляющую.

Перемещения антенны принимающего р/с объекта осуществляют из заданного положения в другое заданное положение на указанной круговой траектории, в том числе, и через заданное число полных циклов оборотов, а также и с изменением направления перемещения.

Измерения указанных d(t) производят на тех заданных участках указанной круговой траектории, на которых отсутствуют сингулярности в уравнении измерения.

Антенна установлена на заданном расстоянии от оси вращения приемного антенного устройства, снабженного сервоприводом с программируемым логическим контроллером, противовесами для балансировки, датчиком кругового перемещения, токосъемником и другими необходимыми элементами. Подобные устройства, в которых оси устройств совпадают с осями их вращения широко используются в технике, например, в радарах (habr.com Справочник по антеннам для радаров; yandex.ru Вращающиеся антенны локаторов. Обращения 12.03.2020). В устройстве, реализующем данный способ, ось антенны смещена относительно оси вращения приемного антенного устройства, что обеспечивает круговую траекторию перемещения антенны и ФЦА. Тем не менее, часть элементов, необходимых для обеспечения работы, например, локаторов, может быть использована и при реализации данного способа.

Измерение скорости основано, например, на измерении смещения частоты р/с, 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 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 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 р/с объекта в качестве контрольного для выработки соответствующей информации о дальностях от ФЦА передающих р/с объектов до ФЦА принимающего р/с объекта в конкретный момент времени с известным положением ФЦА принимающего р/с объекта в этот момент времени и передачи этой информации на передающие р/с 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 дальности. В способе передающий р/с объект передает р/с с заданными индивидуальными признаками, на принимающем р/с объекте их идентифицируют. При приеме, фиксируя положение антенны принимающего р/с объекта, фиксируют заданное положение ее ФЦ и измеряют частотное отклонение спектра принимаемого р/с от заданного положения спектра и используют это отклонение для обеспечения частотной подстройки передаваемых р/с. Кроме того, перемещают антенну и соответственно ФЦА принимающего объекта вдоль заданной круговой траектории с заданной угловой скоростью и измеряют проекцию скорости перемещения ФЦА на прямую, соединяющую ФЦА указанных объектов, соответствующее ей ускорение и производную этого ускорения по времени. По проекциям скорости перемещения ФЦА и угловой скорости определяют дальность, изменяющуюся во времени. Полученную информацию передают потребителям, в том числе на передающий р/с объект. 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, фиксируя положение антенны принимающего радиосигналы объекта, фиксируют заданное положение ее фазового центра и измеряют частотное отклонение спектра принимаемого радиосигнала от заданного положения спектра, передают на передающий радиосигналы объект информацию об измеренном частотном отклонении спектра принимаемого радиосигнала от заданного положения спектра и с использованием этой информации обеспечивают частотную подстройку передаваемых радиосигналов, перемещают антенну принимающего радиосигналы объекта таким образом, что ее фазовый центр перемещается вдоль заданной круговой траектории с заданной угловой скоростью ω из упомянутого заданного положения на этой траектории в течение заданного промежутка времени 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), производную этого ускорения b(t) по времени, и по указанным проекциям скорости v(t), ускорения a(t), производной этого ускорения b(t) по времени и указанной угловой скорости определяют указанную дальность, изменяющуюся во времени, в соответствии с уравнением измерения d(t)=-3v(t)a(t)/(b(t)+ω²v(t)), отображают и передают полученную информацию потребителям.

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 перемещения антенны принимающего радиосигналы объекта осуществляют из заданного положения в другое заданное положение на указанной круговой траектории, в том числе и через заданное число полных циклов оборотов, а также и с изменением направления перемещения.

4. Способ определения дальности по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что измерения указанных d(t) производят на заданных участках указанной круговой траектории.