СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК G01S5/02 

Известен однопозиционный способ определения координат местоположения источников радиоизлучения [Пат. RU 2666520 С2, опубл. 10.09.2018, Бюл. №25], в основе которого лежит энергетический принцип, заключающийся в измерении (или вычислении) напряженности поля источника радиоизлучения (ИРИ) в нескольких точках пространства с известными координатами их местоположения. При этом напряженность поля ИРИ на постах радиоконтроля (РКП) измеряется в дополнительной точке (точках) вычисляют. В качестве дополнительной точки в способе предложен виртуальный пост (ВП), координаты которого и параметры его виртуальной антенны (диаграмма направленности и высота подвеса) задаются. При использовании нескольких ВП их размещают не на одной прямой с РКП и удаляют от него на несколько угловых, минут. Вычисление напряженности на ВП основано на принципе корреляционной зависимости напряженностей полей, создаваемых в заданном диапазоне частот некоторым множеством источников радиоизлучения, находящихся, согласно базе данных, в зоне электромагнитной доступности РКП и вычисляемых, как для РКП, так и для всех заданных ВП по определенной программе. При этом, диаграмма направленности виртуальной антенны и высота ее подвеса для расчета напряженности на ВП выбираются такими же, как и на РКП. Для определения координат местоположения источников радиоизлучения используют несимметричный определитель Кэли-Менгера.

Недостатком способа является низкая точность определения координат источника радиоизлучения, обусловленная зависимостью расчетной напряженности от различных внешних факторов, влияющих на распространение радиоволн конкретных факторов, например, таких как метеорологические условия, параметры местных предметов и т.д.

Известен однопозиционный метод определения координат источника радиоизлучения на земных трассах по совокупности отражений его сигнала от местных предметов [Полянских П.А. Однопозиционный метод определения координат источника радиоизлучения на земных трассах по совокупности отражений его сигнала от местных предметов / П.А. Полянских, А.А. Мещеряков, В.П. Денисов, А.А. Гельцер // Журнал радиоэлектроники, ISSN 1684-1719, №8, 2021.

DOI: https://doi.Org/10.30898/1684-1719.2021.8.6], реализованный в устройстве для определения координат работающей радиолокационной станции [патент RU 2457505 С2, МПК G01S 5/04, опубликовано 27.07.2012, бюл. №21]. Сущность способа заключается в определении пеленгатором направления на источник радиоизлучения способом измерения задержки между временами распространения прямого и отраженного от местных предметов сигналов.

Недостатком указанного способа является невозможность определения точного местоположения ИРИ на местности с ограниченным количеством или даже отсутствием местных предметов; нестабильность характеристик местных предметов, их зависимость от внешних условий; неточность определения параметров сигналов, отраженных от местных предметов, особенно пространственно протяженных, имеющих нелинейные геометрические формы. Это обуславливает неточности в определении координат местоположения ИРИ.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому решению является разностно-дальномерный (гиперболический) метод определения координат, который основан на измерении разности расстояний от источника излучения до пунктов приема. [Теоретические основы радиолокации. Под ред. Ширмана Я.Д. Учебное пособие для вузов. М.: Советское радио», 1970, стр. 560 - С. 496]. Координатам поверхность, соответствующая измеренному значению разности дальностей до двух пунктов приема, представляет собой гиперболоид вращения с фокусами в точках их расположения. Пересечение трех гиперболоидов определяет пространственное положение объекта. Для данного метода характерно, что ошибка определения дальности цели быстро возрастает (приблизительно по квадратичному закону) по мере увеличения дальности.

Недостатком данного способа является зависимость точности определения координат ИРИ от взаимного расположения в пространстве пунктов приема и ИРИ.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения координат источника радиоизлучения.

Технический результат достигается тем, что в устройстве определения координат принимают прямой радиосигнал, излучаемый источником радиоизлучения, и радиосигналы отраженные, по меньшей мере, от четырех сферических отражателей, установленных на местности, определяют разность времен распространения прямого и отраженных от сферических отражателей сигналов, отличающийся тем, что устройство определения координат размещают в центре защищаемой зоны, отражатели размещают в точках на местности с известными координатами на одинаковом расстоянии от центрального приемного узла и на одинаковом расстоянии между собой, вычисляют значения координат источника радиоизлучения с использованием сигналов, по меньшей мере, одной измерительной пары, состоящей из двух измерительных баз, формируют множество измерительных пар, каждая из которых состоит только из смежных измерительных баз, рассчитывают коэффициент геометрии для каждой измерительной пары, выбирают измерительную пару, для которой коэффициент геометрии наименьший; повторно рассчитывают значения координат источника радиоизлучения с использованием выбранной измерительной пары.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство определения координат размещают в центре защищаемой зоны, отражатели размещают в точках на местности с известными координатами на одинаковом расстоянии от центрального приемного узла и на одинаковом расстоянии между собой, вычисляют значения координат источника радиоизлучения с использованием сигналов, по меньшей мере, одной измерительной пары, состоящей из двух измерительных баз, формируют множество измерительных пар, каждая из которых состоит только из смежных измерительных баз, рассчитывают коэффициент геометрии для каждой измерительной пары, выбирают измерительную пару, для которой коэффициент геометрии наименьший; повторно рассчитывают значения координат источника радиоизлучения с использованием выбранной измерительной пары.

Предлагаемый способ определения координат ИРИ решает задачу повышения точности определения координат ИРИ в целях оперативного поиска забрасываемых постановщиков помех. В этом случае использование гиперболического метода определения координат ИРИ затрудняется тем, что относительно измерительных баз, ИРИ может иметь любое местоположение предвидеть заранее которое невозможно.

Известно [Кондратьев B.C. Многопозиционные радиотехнические системы. М.: Радио и связь. 1986. 264 с. - С. 230], что для разностно-дальномерных систем погрешность определения координат (среднеквадратическая ошибка местоположения ИРИ) σ_r определяется среднеквадратической ошибкой измерения разности расстояний (разности времен распространения) σ_Δr и геометрией системы, образованной приемными пунктами и ИРИ и определяемой углами ψ_A и ψ_B:

где ψ_A, ψ_B - угол между направлениями распространения радиосигнала на приемные пункты измерительных баз; γ - угол между линиями положения, образованными измерительными базами, К_г - геометрический показатель снижения точности, который связывает среднеквадратические ошибку измерения разности расстояний и ошибку определения координат. В общем случае, под измерительной базой понимают вектор, соединяющий фазовые центры двух отражателей или антенн. В данном случае измерительную базу будут образовывать фазовые центры либо двух отражателей, либо фазовые центры одного из отражателей и антенны приемника прямого сигнала. Общая схема, поясняющая порядок оценки точности определения координат представлена на фиг.1.

Также известно, что ошибка определения координат σ_; будет минимальная, если углы ψ_А, ψ_B будут равны и иметь максимальные значения. В этом случае, система, состоящая из пунктов приема, образующих измерительные базы, и ИРИ, будет иметь наименьший геометрический показатель снижения точности K_г (GDOP, коэффициент геометрии). Именно этот факт и определяет предлагаемое размещение сферических отражателей. Коэффициент геометрии связан с геометрическим положением пунктов приема относительно местоположения ИРИ и используется для указания того, как ошибки в данных измерений в конечном итоге повлияют на точность определения координат ИРИ.

Таким образом, очевидно, что предварительно разместить приемные пункты таким образом, чтобы коэффициент геометрии был минимальным невозможно. В связи с чем, для предварительной оценки местоположения ИРИ может использоваться любая возможная пара измерительных баз, либо выбранная на основе априорной информации.

В качестве элементов пунктов приема предлагается использовать сферические всенаправленные отражатели [Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М.: Сов. радио, 1975, 248 с. - С. 101], которые рассеивают энергию во все стороны равномерно. В этом случае приемник прямого сигнала с всенаправленной диаграммной направленности, принимающий прямой сигнал от ИРИ, и приемники с узконаправленными диаграммами направленности ориентированные на соответствующие отражатели размещают в центре защищаемой зоны в устройстве определения координат. Отражатели располагают на одинаковом удалении от устройства определения координат и на одинаковом расстоянии между собой. В центре контролируемой зоны приемниками принимают прямой сигнал от ИРИ и сигналы, отраженные от отражателей. Общая схема, поясняющая работу предлагаемого способа, представлена на фиг. 2. Такое построение позволяет объединить в одном устройстве все приемники сигналов, а на местности располагать только отражатели.

Предложенный способ может быть реализован в следующем устройстве, представленном на фиг. 3, где обозначены:

1 - приемник прямого сигнала ИРИ;

2 - приемники отраженного сигнала ИРИ;

3 - блок вычисления разности времен прихода радиосигнала;

4 - блок задания измерительной базы для предварительною расчета координат ИРИ;

5 - блок предварительного расчета координат ИРИ;

6 - блок формирования множества измерительных баз;

7 - блок оценки геометрического фактора измерительных баз;

8 - блок выбора наилучшей измерительной базы;

9 - блок точного расчета координат ИРИ.

Назначения всех блоков ясны из их названия. Устройство может быть реализовано на элементах широко распространенных в области электротехники или в программной форме на основе процессоров.

В устройстве определения координат всенаправленной антенной в приемнике прямого сигнала 1 принимают прямой сигнал, излучаемый ИРИ, а приемниками отраженных сигналов 2 принимают сигналы, отраженные от отражателей, которые поступают в блок вычисления разности времен прихода 3. В блоке 3 рассчитывают разность времени прихода прямых и отраженных сигналов путем нахождения максимума взаимной корреляционной функции фрагментов принятых сигналов, например, с использованием многоканального коррелятора [Теоретические основы радиолокации. Под ред. Ширмана Я.Д. Учебное пособие для вузов. М.: Советское радио». 1970. 560 с. - С. 500] или способа определения времени задержки приема сигнала с неизвестными параметрами [Булаев О.А., Гусаков Н.В. Определение времени задержки приема сигнала пространственно разнесенными сверхмалыми космическими аппаратами / Изв. вузов. Приборостроение. 2008. Т. 51, №3. С. 13 - 17]. Разность времени прихода сигналов рассчитывают относительно всех возможных сочетаний приемников, то есть для всех возможных измерительных баз.

Для разностно-дальномерных систем известно, что коэффициент геометрии выражается следующим выражением [Кондратьев B.C. Многопозиционные радиотехнические системы. М.: Радио и связь. 1986. 264 с. - С. 211]:

где r₀ и θ₀ - полярные координаты ИРИ, отсчитываемые от устройства определения координат; d_A, d_B - длины измерительных баз, которые равны между собой, как показано на фиг. 3;

Учитывая, что ИРИ может оказаться в любом месте защищаемой зоны, то может сложиться ситуация, когда для развернутой пары измерительных баз ошибка измерений окажется высокой. В связи с чем необходимо предпринять меры для повышения точности определения координат ИРИ.

Так как ИРИ является неподвижным и использование для измерении измерительных баз с большим значением коэффициента геометрии наряду с использованием измерительных баз с малым значением коэффициента геометрии не позволит существенно повысить точность измерений Поэтому предлагается определение координат ИРИ осуществлять в два этапа. На первом этапе выполнить предварительную оценку координат ИРИ с использованием произвольной пары измерительных баз (либо выбранной на основе априорной информации). В устройстве определения координат измерительная пара задается в блоке задания измерительных баз 4. Непосредственно координаты ИРИ могут быть рассчитаны, например, с помощью метода [Кондратьев B.C. Многопозиционные радиотехнические системы. М.: Радио и связь. 1986. 264 с. - С. 229] или непосредственно решением системы уравнений:

где Δτ_А=(r_A+d - r₀)⋅с^-1, Δτ_B - (r_B+d - r₀)⋅c^-1 - разности времен между распространением (прихода) отраженных и прямых сигналов от ИРИ. Или же в полярных координатах [Теоретические основы радиолокации. Под ред. Ширмана Я. Д. Учебное пособие для вузов. М.: Советское радио, 1970, с. 560. - С. 496]:

На втором этапе осуществляют точное определение координат ИРИ. Используя неточные ранее полученные координаты ИРИ для каждой возможной пары измерительных баз, сформированных в блоке 6, рассчитывают коэффициент геометрии в блоке 7 с использованием выражений, представленных выше, и передают полученные значения в блок 8. В блоке выбора наилучшей измерительной нары 8 осуществляют выбор измерительной пары, для которой коэффициент геометрии наименьший, и передают информацию о выбранной измерительной паре в блок точного расчета координат ИРИ 9. В блоке точного расчета координат ИРИ 9 с использованием выбранной измерительной пары осуществляют расчет координат ИРИ по указанным выше формулам.

Очевидно, что чем большее количество отражателей будет задействовано, тем большее количество вариантов развертывания измерительных пар можно будет реализовать и тем точнее будут выполнены измерения координат ИРИ.

Новизна предложенного способа заключается в том, что при определении координат ИРИ сферические отражатели размещают в точках на местности с известными координатами на одинаковом расстоянии от устройства определения координат и на одинаковом расстоянии между собой, вычисляют значения координат источника радиоизлучения с использованием сигналов, по меньшей мере, одной измерительной пары, состоящей из двух измерительных баз, формируют множество измерительных пар, каждая из которых состоит только из смежных измерительных баз, рассчитывают коэффициент геометрии для каждой измерительной пары, выбирают измерительную пару, для которой коэффициент геометрии наименьший; повторно рассчитывают значения координат источника радиоизлучения с использованием выбранной измерительной пары.

Изобретение относится к области определения координат местоположения источника радиоизлучения. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения координат источника радиоизлучения. В заявленном способе принимают прямой радиосигнал, излучаемый источником радиоизлучения, и радиосигналы, отраженные от четырех сферических отражателей, установленных на местности. Определяют разность времен распространения прямого и отраженных от сферических отражателей сигналов. Устройство определения координат размещают в центре защищаемой зоны, отражатели размещают в точках на местности с известными координатами на одинаковом расстоянии от центрального приемного узла и на одинаковом расстоянии между собой. Вычисляют значения координат источника радиоизлучения с использованием сигналов измерительных пар, каждая из которых состоит из двух измерительных баз. Формируют множество измерительных пар, каждая из которых состоит только из смежных измерительных баз. Рассчитывают геометрический показатель снижения точности (GDOP) для каждой измерительной пары и выбирают измерительную пару, для которой этот показатель наименьший. Далее повторно рассчитывают значения координат источника радиоизлучения с использованием выбранной измерительной пары. 3 ил.

Способ определения координат источника радиоизлучения, заключающийся в том, что в устройстве определения координат принимают прямой радиосигнал, излучаемый источником радиоизлучения, и радиосигналы отраженные, по меньшей мере, от четырех сферических отражателей, установленных на местности, определяют разность времен распространения прямого и отраженных от сферических отражателей сигналов, отличающийся тем, что устройство определения координат размещают в центре защищаемой зоны, отражатели размещают в точках на местности с известными координатами на одинаковом расстоянии от центрального приемного узла и на одинаковом расстоянии между собой, вычисляют значения координат источника радиоизлучения с использованием сигналов, по меньшей мере, одной измерительной пары, состоящей из двух измерительных баз, при этом измерительная база представляет собой вектор, соединяющий фазовые центры либо двух отражателей, либо фазовые центры одного из отражателей и антенны приемника прямого сигнала, формируют множество измерительных пар, каждая из которых состоит только из смежных измерительных баз, рассчитывают геометрический показатель снижения точности (GDOP) для каждой измерительной пары, выбирают измерительную пару, для которой рассчитанный GDOP наименьший, повторно рассчитывают значения координат источника радиоизлучения с использованием выбранной измерительной пары.