СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЙ НА ОСНОВЕ ОВАЛОВ КАССИНИ Российский патент 2023 года по МПК G01S5/12 G01S5/02 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в средствах радиотехнического контроля для определения местоположения источников радиоизлучений (ИРИ).

Известен способ определения местоположения источника радиоизлучений [Патент на изобретение, Россия, №2526094, МПК G01S 5/12, 2013 г.], заключающийся в поиске сигналов источников радиоизлучений в заданном диапазоне рабочих частот и определении их местоположения на основе разностно-дальномерной системы местоопределения. Основным недостатком представленного способа является то, что определение местоположения источников радиоизлучений производится с использованием беспилотного летательного аппарата, который в сложных метеорологических условиях выдает большую среднеквадратическую ошибку определения местоположения ИРИ.

Известен способ определения районов радиоконтроля [Патент на изобретение, Россия, №2656275, МПК G01C 21/00, 2018 г.], заключающийся в определении местоположения источников радиоизлучений на основе оценки электромагнитной доступности. Основным недостатком данного способа является применение угломерного метода определения местоположения источников радиоизлучений, который характеризуется неоднозначной среднеквадратической ошибкой.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу является дальномерный способ определения местоположения источника радиоизлучения по разности прихода радиосигнала в пункты приема [Патент на изобретение, Россия, RU 2096800 С1, кл. G01S 5/02, опубл. 20.11.97 г.], который может быть принят в качестве прототипа.

Данный способ основан на измерении моментов времени прихода радиосигнала источника радиоизлучения в трех пунктах приема, расположенных на одной прямой. Однако, данный способ имеет следующие недостатки. В качестве исходного материала для создания цифровых карт местности используются стандартные топографические карты. Координаты объектов определяются с погрешностью топографических карт, которая составляет до 0,5 мм в масштабе карты. Таким образом, ошибка определения координат объекта по цифровой карте составляет для масштаба 1:50000 - 25 м, 1:200000 - 100 м, 1:500000 - 250 м, что еще больше увеличивает ошибку определения местоположения источника радиоизлучения.

Целью изобретения является повышение точности определения местоположения источников радиоизлучений.

Сущность изобретения заключается в том, что на основе исходных данных о базе пеленгования, геометрическом расположении и координатах пунктов приема комплекса радиотехнического контроля через время запаздывания прихода радиосигнала в пункты приема рассчитываются расстояния до источника радиоизлучения. Используя полученные результаты находятся произведения данных расстояний. По полученным произведениям строятся линии положения на пересечении которых находится ИРИ.

Общим с прототипом является то, что в предлагаемом способе на первом этапе используются результаты расчета расстояний от пунктов приема до источника радиоизлучения дальномерного способа определения местоположения источника радиоизлучения по разности прихода радиосигнала в пункты приема. Отличительным признаком предлагаемого способа является то, что реализованы новые операции при определении местоположения источника радиоизлучения, в частности новые расчеты вывода линии положения и ошибки определения местоположения источника радиоизлучения на основе овалов Кассини.

Технический результат, обусловленный применением нового способа определения местоположения источников радиоизлучений на основе овалов Кассини, заключается в повышении точности определения местоположения источников радиоизлучений средствами радиотехнического контроля.

Данный технический результат достигается за счет применения новых параметров положения - произведения расстояний r_a и r_b, r_b и r_c, где r_a, r_b, r_c - расстояния от левого, центрального и правого постов до источника радиоизлучения, а также новых линий положения - овалов Кассини.

Конкретный пример способа определения местоположения источников радиоизлучений на основе овалов Кассини, соответствующего изобретению, рассмотрен со ссылками на фиг. 1, где в виде блок-схемы представлена последовательность операций, описывающих предлагаемый способ.

На этапе 1 в трех пунктах приема, удаленных друг от друга на определенное расстояние (фиг. 2), производится прием сигнала ИРИ. С высокой заданной точностью определяются моменты времени прихода радиосигнала в пункты приема t_a, t_b, t_c.

На этапе 2 рассчитывается время запаздывания прихода радиосигнала в пункты приема относительно друг друга и расстояние, которое проходит радиосигнал по формуле (1):

где с - скорость света; Δt_i - время запаздывания прихода радиосигнала в пункты приема.

На этапе 3 полученные данные со всех приемных пунктов поступают на центральный пункт. После этого рассчитываются расстояния от пунктов приема до точки местоположения ИРИ в зависимости от следующий условий:

1) Для случая когда r_a<r_b<r_c (фиг.3) по формулам (2) и (3):

где d₁ - расстояние между пунктами приема А и В; d₂ - расстояние между пунктами приема В и С; Δr_b - расстояние, пройденное радиосигналом за время запаздывания Δt_b=t_b-t_a; Δr_c - расстояние, пройденное радиосигналом за время запаздывания Δt_c=t_c-t_a;

2) Для случая когда r_a>r_b<r_c (фиг. 4) по формулам (4) и (5):

где d₁ - расстояние между пунктами приема А и В; d₂ - расстояние между пунктами приема В и С; Δr_a - расстояние, пройденное радиосигналом за время запаздывания Δr_a=t_a-t_c; Δr_c - расстояние, пройденное радиосигналом за время запаздывания Δt_c=t_c-t_a;

3) Для случая когда r_a>r_b>r_c (фиг. 5) по формулам (6) и (7):

где d₁ - расстояние между пунктами приема А и В; d₂ - расстояние между пунктами приема В и С; Δr_b - расстояние, пройденное радиосигналом за время запаздывания Δt_b=t_b-t_a'; Δr_a - расстояние, пройденное радиосигналом за время запаздывания Δt_a=t_a-t_c'

На этапе 4 вычисляются произведения расстояний r_a и r_b, r_b и r_c.

На этапе 5 по найденным произведениям r_a и r_b, r_b и r_c с помощью математического аппарата [6, 8, 9], основанного на уравнении овалов Кассини, при условии, что r_a* r_b=const и r_b*r_c=const строятся линии положения, представляющие собой овалы Кассини (фиг. 6), которые рассчитываются по формуле (8):

где х, у - координаты источника радиоизлучения; а - половина базы между крайними пунктами приема; с - постоянная, определяемая как корень квадратный из произведения расстояний от источника радиоизлучения до пункта приема. По пересечению линий положения находится местоположение источника радиоизлучения (фиг. 7).

На этапе 6 производится расчет ошибки определения местоположения источника радиоизлучения способом на основе овалов Кассини. Для расчета ошибки определения местоположения источника радиоизлучения, полученного при пересечении двух линий положения, воспользуемся теорией скалярного поля [5].

Для рассматриваемой системы из трех приемных точек в общем случае могут быть построены две линии положения и, соответственно, получены две различных реализации местоположения источника радиоизлучения с двумя различными значениями ошибки. Таким образом, ошибка определения местоположения находится по формуле (9):

где σ₁, σ₂ - среднеквадратические ошибки расчета параметров 1 и 2 линий положения, которые находятся по формулам (10) и (11):

где q_a, q_b, q_c - модули градиента определения дальности из пунктов приема, расположенных в точках А, В, С до источника радиоизлучения, γ₁, γ₂ - углы пересечения r_a с r_b, r_b с r_c, σ_da, σ_db, σ_dc - ошибки определения дальности до источника радиоизлучения из пунктов приема А, В, С.

Модули градиента находят по формулам (12), (13) и (14):

где - частные производные координат пунктов приема относительно х и у.

Частные производные находятся по формулам (15), (16), (17), (18), (19) и (20):

где х₁, у₁ - координаты пункта приема А; х₂, у₂ - координаты пункта приема В; х₃, у₃ - координаты пункта приема С; х, у - координаты источника радиоизлучения.

Синусы углов γ₁, γ₂ находятся по формулам (21) и (22):

Новым является предлагаемый способ определения местоположения источников радиоизлучений, заключающийся в том, что для повышения точности определения местоположения источников радиоизлучений средствами радиотехнического контроля применены новые параметры положения - произведения расстояний r_a и r_b, r_b и r_c, где r_a, r_b, r_c - расстояния от левого, центрального и правого постов до источников радиоизлучений, а также новые линии положения - овалы Кассини.

Источники информации

1. Способ определения местоположения источника радиоизлучений. Патент RU 2526094, МПК G01S 5/12, опубл. 20.08.14 г.

2. Способ определения районов радиоконтроля. Патент RU 2656275, МПК G01C 21/00, опубл. 04.06.18 г.

3. Дальномерный способ определения местоположения источника радиоизлучения по разности прихода радиосигнала в пункты приема. Патент RU 2096800 С1, МПК G01S 5/02, опубл. 20.11.97.

4. Иванов В.И., Кружков В.А. Определение оптимального шага дискретизации математической модели рельефа местности // Геодезия и картография. - 1992. - №5. - С. 47-50.

5. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Наука, 1964.

6. Кондратьев B.C. и др. Многопозиционные радиотехнические системы. Под редакцией профессора В.В. Цветнова. - М.: Радио и связь, 1986.

7. Монаков А.А. Теоретические основы радионавигации. Учебное пособие. - Санкт-Петербург: СПбГУАП, 2002.

8. Вартанесян В.А., Гойхман Э.Ш., Рогаткин М.И. Радиопеленгация. - М.: Воениздат, 1966.

9. Волков Р.В. Дворников С.В., Саяпин В.Н., Симонов А.Н. Основы построения и функционирования разностно-дальномерных систем координатометрии источников радиоизлучений. Санкт-Петербург: ВКА им. А.Ф. Можайского, 2013.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в средствах радиотехнического контроля для определения местоположения источников радиоизлучений. Технический результат заключается в повышении точности определения местоположения источников радиоизлучений средствами радиотехнического контроля. В заявленном способе осуществляют применение параметров положения – произведений расстояний r_a и r_b, r_b и r_c, где r_a, r_b, r_c - расстояния от левого, центрального и правого пунктов приема соответственно до источника радиоизлучения, а также новых линий положения - овалов Кассини. 7 ил.

Способ определения местоположения источника радиоизлучения на основе овалов Кассини, включающий прием сигнала источника радиоизлучения пунктами приема; определение с заданной точностью моментов времени прихода радиосигнала в пункты приема; расчет времени запаздывания прихода радиосигнала в пункты приема относительно друг друга и расстояния, которое проходит радиосигнал; передачу полученных данных со всех приемных пунктов на центральный пункт; расчет расстояния от пунктов приема до точки местоположения источника радиоизлучения; вычисление произведения полученных расстояний; построение линий положения и определение местоположения источника радиоизлучения; расчет ошибки определения местоположения источника радиоизлучения, отличающийся тем, что для определения местоположения источника радиоизлучения комплексом радиотехнического контроля вычисляются параметры положения r_a, r_b и r_c, где r_a, r_b, r_c - расстояния от левого, центрального и правого постов до источника радиоизлучения; причем для случая, когда r_a<r_b<r_c,

для случая, когда r_a>r_b<r_c,

для случая, когда r_a>r_b>r_c,

где d₁ - расстояние между пунктами приема А и В; d₂ - расстояние между пунктами приема В и С; Δr_a - расстояние, пройденное радиосигналом за время запаздывания Δt_a=t_a-t_c; Δr_b - расстояние, пройденное радиосигналом за время запаздывания Δt_b=t_b-t_a; Δr_c - расстояние, пройденное радиосигналом за время запаздывания Δt_c=t_c-t_a;

произведение параметров положения r_a и r_b, r_b и r_c; расчет линий положения, представляющих собой овалы Кассини

(х²+а²+у²)² - 4х²а²=с⁴,

где х, у - координаты источника радиоизлучения; а - половина базы между крайними пунктами приема; с - постоянная, определяемая как корень квадратный из произведения расстояний от источника радиоизлучения до пункта приема; расчет ошибки определения местоположения источника радиоизлучения σ:

где σ₁, σ₂ - среднеквадратические ошибки расчета параметров 1 и 2 линий положения; q_a, q_b, q_c - модули градиента определения дальности из пунктов приема до источника радиоизлучения; γ₁, γ₂ - углы пересечения r_a с r_b, r_b с r_c; σ_da, σ_db, σ_dc - ошибки определения дальности до источника радиоизлучения из пунктов приема; при этом производится расчет модулей градиента q_a, q_b, q_c:

где - частные производные координат пунктов приема относительно х и у,

где x₁,y₁ - координаты пункта приема А; х₂, у₂ - координаты пункта приема В; x₃, y₃ - координаты пункта приема С; х, у - координаты источника радиоизлучения; при этом производится расчет синусов углов γ₁, γ₂: