Способ передачи радиосигналов источником радиоизлучения



Способ передачи радиосигналов источником радиоизлучения
Способ передачи радиосигналов источником радиоизлучения
Способ передачи радиосигналов источником радиоизлучения
Способ передачи радиосигналов источником радиоизлучения

 


Владельцы патента RU 2432676:

Панов Владимир Петрович (RU)
Приходько Виктор Владимирович (RU)

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для определения пространственных координат и других характеристик ИРИ, функционально связанных с его координатами, в информационно-управляющих радиотехнических системах различного назначения, в том числе в радиотехнических комплексах систем навигации. Технический результат - повышение эффективности, упрощение построения приемопередающей аппаратуры. Способ позволяет варьировать конфигурацию зоны действия радиотехнической системы и формировать ее в зависимости от поставленной задачи. Для этого на приемных пунктах антеннами, по одной на каждом, регистрируют моменты времени приема преимущественно по временному положению переднего фронта приходящих импульсных радиосигналов ИРИ, при этом фазовые центры антенн расположены определенным образом. Пространственные координаты определяют по предложенным простым выражениям, зависящим от средних значений многократно измеренных разностей между временами приемов соответствующих радиосигналов. Способ дает возможность контролировать наземными средствами перемещение в пространстве объекта - источника ИРИ. Он также может быть применен для передачи информации. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к технике связи, а конкретнее - к способам передачи радиосигналов источником радиоизлучения (ИРИ), находящимся на объекте, в том числе подвижном, в виде импульсов и их приема наземной четырехпунктовой приемной системой и может быть использовано для определения пространственных координат и других характеристик объекта, функционально связанных с его координатами, в информационно-управляющих радиотехнических системах различного назначения, в том числе в радиотехнических комплексах систем навигации и посадки летательных аппаратов (ЛА). Способ может быть применен при испытаниях на полигонах ЛА в качестве метода, обеспечивающего выбор оптимальных измерительных систем и их рациональное размещение на испытательной трассе, формировании автоматизированного комплекса обработки принятых радиосигналов и разработке алгоритмического и программного обеспечения оценки характеристик испытываемых объектов.

Для решения этих задач в первую очередь необходимо точное измерение пространственных координат объекта. Реализация способа позволит, кроме того, упростить соответствующие системы, увеличить их технико-экономическую эффективность с учетом всех компонентов, влияющих на стоимость и технические показатели.

Известны способы передачи радиосигналов источником радиоизлучения, используемые в том числе в системах измерения координат объектов и основанные на применении угломерных, дальномерных, разностно- и суммарно-дальномерных и комбинированных методов определения местоположения объекта с амплитудными, временными, частотными, фазовыми и импульсно-фазовыми методами измерения параметров радиосигнала [патенты РФ №№2018855, 2115137, 2258242, 2309420; 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 «Академиям, 2008, гл. 10]. Известные способы имеют те или иные недостатки, например необходимость механического перемещения антенной системы, недостаточная разрешающая способность по дальности, необходимость априорной информации о местоположении объекта, невозможность однозначного определения координат объекта, ненадежность и др.

По критерию минимальной достаточности за прототип принят способ передачи радиосигналов источником радиоизлучения, находящимся на объекте, в том числе подвижном, в виде импульсов и их приема наземной четырехпунктовой приемной системой, фазовые центры приемных антенн каждого из приемных пунктов которой находятся в заданных точках в прямоугольной системе координат с началом координат в заданной точке 0, находящейся преимущественно на поверхности земли, с плоскостью (0, x, y), касательной к поверхности земли в точке 0, и осью 0z, направленной от земли, при котором на приемных пунктах измеряют разности времен приходов принятых радиосигналов [Сетевые спутниковые РН системы / Под ред. П.П.Дмитриева и B.C.Шебшаевича. - М.: Радио и связь, 1993. - 415 с.].

Преимуществом заявляемого способа передачи радиосигналов источником радиоизлучения, находящимся на объекте, в том числе подвижном, в виде импульсов и их приема наземной четырехпунктовой приемной системой по сравнению с известными и прототипом является возможность повышения технико-экономической эффективности радиотехнических комплексов определения пространственных координат и других характеристик объекта, функционально связанных с его координатами. Это достигается тем, что на приемных пунктах, по одной антенне в каждом, регистрируют моменты времени приема импульсных радиосигналов, передаваемых ИРИ. При этом фазовые центры антенн расположены определенным образом. Пространственные координаты определяют по простым выражениям, зависящим от средних значений многократно измеренных разностей между временами приемов соответствующих радиосигналов. Способ существенно облегчает исключение систематической погрешности. Он позволяет уменьшить влияние на точность определения координат случайных погрешностей путем повторения измерений указанных разностей N раз, т.к. среднеквадратическая ошибка среднего значения в раз меньше среднеквадратической ошибки отдельного измерения. Способ позволяет варьировать конфигурацию зоны действия приемной системы и формировать ее в зависимости от поставленной задачи.

Для достижения указанного технического результата в способе передачи радиосигналов источником радиоизлучения, находящимся на объекте, в том числе подвижном, в виде импульсов и их приема наземной четырехпунктовой приемной системой, фазовые центры приемных антенн каждого из приемных пунктов которой находятся в заданных точках в прямоугольной системе координат с началом координат в заданной точке 0, находящейся преимущественно на поверхности земли, с плоскостью (0, x, y), касательной к поверхности земли в точке 0, и осью 0z, направленной от земли, при котором на приемных пунктах измеряют разности времен приходов принятых радиосигналов, в соответствии с настоящим изобретением в пунктах приема, упорядоченных заданным образом, приемными антеннами, по одной антенне в каждом, с фазовыми центрами антенн, расположенными на одинаковой заданной высоте z=h, с координатами на плоскости (0, x, y), равными x1=0, y1=b; x2=a, y2=0; x3=0, y3=-b; x4=-a, y4=0, где h, а, b>0, с нумерацией индексов для антенн, соответствующей нумерации приемных пунктов 1, 2, 3 и 4, принимают синхронизированно радиосигналы от источника радиоизлучения длительностью Δτ1 каждый, с задержкой между импульсами Δτ2n, необязательно одинаковой от импульса к импульсу, где Δτ2n>2Δτ1+2h/νs, n - номер импульса, изменяющийся от 1 до N, νs - скорость распространения радиосигнала, синхронизированно регистрируют преимущественно по временному положению переднего фронта приходящих импульсных радиосигналов моменты времен их приема на антенны пунктов приемной системы, при этом для каждой антенны после регистрации момента времени приема пришедшего импульсного радиосигнала регистрацию момента времени приема последующего импульсного радиосигнала осуществляют внутри диапазона (2h/νs+Δτ1, Δτ2n-Δτ1), отсчитываемого от момента времени регистрации приема на соответствующую антенну предыдущего импульсного радиосигнала, измеряют разности преимущественно Δti,1 между временами приемов радиосигналов на i-й и первой антеннах, где индекс i может принимать одно из значений 2, 3, 4, указанные измерения повторяют последовательно еще N-1 раз, в процессе измерений при каждом повторении измерений для каждого i производят суммирование соответствующих измеренных разностей времен Δti,1, с ранее суммированными и после N-го измерения определяют средние значения как результаты деления соответствующих накопленных сумм на заданное число N, причем N задают из условия, что , где V - скорость перемещения объекта, Δs - заданный характерный масштаб, определяющий в том числе разрешающую способность определения пространственных координат объекта, и определяют преимущественно пространственные координаты объекта (x0, y0, z0) в соответствии с выражениями , где l=1 для объектов, находящихся выше фазовых центров передающих антенн, и l=-1 в противном случае; , и индекс i может принимать значения 2, 3, 4, а при необходимости определяют и другие характеристики объекта, функционально связанные с его координатами, и полученную информацию передают потребителю.

Также при передаче с объекта импульсных радиосигналов этими же радиосигналами одновременно передают информацию, изменяя соответствующим ей образом времена задержки между импульсами Δτ2n, а при приеме радиосигналов преимущественно по крайней мере на одну из антенн приемных пунктов измеряют Δτ2n и в соответствии с ними восстанавливают информацию и передают ее потребителю.

В существующем уровне техники не выявлено источников информации, которые содержали бы сведения о способах того же назначения с указанной совокупностью отличительных признаков, что позволяет считать заявляемый способ новым и имеющим изобретательский уровень. Ниже изобретение описано более детально.

Сущность способа заключается в следующем.

Источник радиоизлучения, находящийся на объекте, в том числе подвижном, посылает радиосигналы в виде импульсов. Их принимает наземная четырехпунктовая приемная система, фазовые центры приемных антенн каждого из приемных пунктов которой находятся в заданных точках в прямоугольной системе координат с началом координат в заданной точке 0, находящейся преимущественно на поверхности земли, с плоскостью (0, x, y), касательной к поверхности земли в точке 0, и осью 0z, направленной от земли. На приемных пунктах измеряют разности времен приходов принятых радиосигналов.

Технический результат, заключающийся в повышении технико-экономической эффективности определения пространственных координат и других характеристик объекта, функционально связанных с его координатами, достигается за счет того, что в пунктах приема, упорядоченных заданным образом, принимают синхронизированно радиосигналы от источника радиоизлучения длительностью Δτ1 каждый. При этом в каждом пункте прием осуществляют антеннами с фазовыми центрами, расположенными на одинаковой заданной высоте z=h, с координатами на плоскости (0, x, y), x1=0, y1=b; x2=a, y2=0; x3=0, y3=-b; x4=-а, y4=0, где h, a, b>0, с нумерацией индексов для антенн, соответствующей нумерации приемных пунктов 1, 2, 3 и 4. Между импульсами должна быть задержка Δτ2n, необязательно одинаковая от импульса к импульсу, где Δτ2n>2Δτ1+2h/νs, νs - скорость распространения радиосигнала, n - номер импульса, изменяющийся от 1 до N.

На пунктах приемной системы синхронизированно регистрируют преимущественно по временному положению переднего фронта приходящих импульсных радиосигналов моменты времен их приема. При этом для каждой антенны после регистрации момента времени приема пришедшего импульсного радиосигнала регистрацию момента времени приема последующего импульсного радиосигнала осуществляют внутри диапазона (2h/νs+Δτ1, Δτ2n-Δτ1), отсчитываемого от момента времени регистрации приема на соответствующую антенну предыдущего импульсного радиосигнала. Затем измеряют разности преимущественно Δti,1 между временами приемов радиосигналов на i-й и первой антеннах, где индекс i может принимать одно из значений 2, 3, 4.

Указанные измерения повторяют последовательно еще N-1 раз. В процессе измерений при каждом повторении измерений для каждого i производят суммирование соответствующих измеренных разностей времен Δti,1 с ранее суммированными. После N-го измерения определяют средние значения как результаты деления соответствующих накопленных сумм на заданное число N. При этом N задают из условия, что , где V - скорость перемещения объекта, Δs - заданный характерный масштаб, определяющий в том числе разрешающую способность определения пространственных координат объекта. Многократное повторение измерений (N раз) позволяет уменьшить влияние на точность определения координат случайных погрешностей измерений Δti,1, т.к. среднеквадратическая ошибка среднего значения в раз меньше среднеквадратической ошибки отдельного измерения. Систематические ошибки могут быть исключены путем калибровки. Далее определяют преимущественно пространственные координаты объекта (x0j, y0j, z0j) в соответствии с выражениями , где l=1 для объектов, находящихся выше фазовых центров приемных антенн (l=1, например, для ЛА), и l=-1 в противном случае (l=-1, например, для объектов, движущихся по земле); , и индекс i может принимать значения 2, 3, 4. При необходимости определяют и другие характеристики объекта, функционально связанные с его координатами, и полученную информацию передают потребителю.

Способ позволяет варьировать конфигурацию зоны действия радионавигационной системы и формировать ее в зависимости от поставленной задачи. Способ может быть применен для передачи информации. В этом случае при передаче с объекта импульсных радиосигналов этими же радиосигналами одновременно передают информацию, изменяя соответствующим ей образом времена задержки между импульсами Δτ2n. При приеме радиосигналов преимущественно по крайней мере на одну из антенн приемных пунктов измеряют Δτ2n и в соответствии с ними восстанавливают информацию и передают ее потребителю.

В данном способе применяется простой импульсный метод. Благодаря достаточно широкому спектру импульсных радиосигналов существенно снижается влияние интерференционных эффектов и замирания сигналов. ИРИ посылает радиосигналы в виде импульсов, характерных, например, для сверхширокополосной связи. Развитие используемой для реализации способа технологической базы, в том числе связанной с развитием широкополосной и сверхширокополосной связи, развитием средств формирования коротких и сверхкоротких импульсов, синхронизации, измерения абсолютного времени с высокой точностью, которая уже сейчас достигает наносекунд и выше (контролируют временное положение с точностью лучше 10 пикосекунд [Р.Нестеров. wsyachina.com/technology/extra_short_impulse.html, обращение 13.05.2010; В.Дмитриев. Технология передачи информации с использованием сверхширокополосных сигналов. Компоненты и технологии, №9, 2003], предполагает, что данный способ имеет хорошие перспективы по дальнейшему увеличению точности определения пространственных координат объекта. Способ обладает достаточным быстродействием определения координат и параметров подвижного объекта при сохранении заданной точности. Он легко реализуется в вычислительных процессорах вследствие использования простых выражений для определения пространственных координат. Следует отметить относительную простоту схемотехнических решений построения соответствующей передающей и приемной аппаратуры [В.Дмитриев, цит. выше].

Проиллюстрируем возможности заявляемого способа на примерах математического моделирования определения пространственных координат с заданными среднеквадратическими ошибками σ определения параметра dt (дальности от фазового центра антенны объекта до фазового центра антенны первого радиомаячного пункта).

Зададим для всех примеров одинаковые среднеквадратические ошибки отдельных измерений di,1=3 см, высоты фазовых центров антенн h=1 метр, z=0.03 км, а=1500 метров, b=500 метров и N=1000. На чертежах затемнены пространственные зоны, в которых σ превышает заданные указанные ошибки на границах зон. На фиг.1 представлены результаты моделирования для σ=1 метр, на фиг.2 - для σ=10 метров, на фиг.3 - для σ=100 метров, на фиг.4 - для σ=250 метров.

Перечислим основные достоинства способа:

- используются четыре радиомаячных пункта с одной приемной антенной на каждом, принимающие одинаковые импульсные радиосигналы, при этом фазовые центры антенн расположены на одинаковой высоте h,

- определение координат производится по простым выражениям с высоким быстродействием,

- легко реализуется в вычислительных процессорах,

- в системах определения координат существенно упрощает используемое радиооборудование.

Результативность и эффективность использования заявляемого способа передачи радиосигналов источником радиоизлучения, находящимся на объекте, в том числе подвижном, и их приема наземной четырехпунктовой приемной системой состоит в том, что он может быть применен на практике для развития и совершенствования радиотехнических комплексов определения координат объектов, а также в других приложениях. Способ позволяет определять их простыми по сравнению с известными методами.

Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа обеспечивают появление новых свойств, не достигаемых в прототипе и аналогах. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию «новизны».

Результаты поиска известных решений передачи радиосигналов источником излучения для определения пространственных координат объекта, в том числе имеющих отношение к радиопеленгации, радионавигации, радиоуправлению и связи, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения действий на достижение указанного результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

1. Способ передачи радиосигналов источником радиоизлучения, находящимся на объекте, в том числе подвижном, в виде импульсов и их приема наземной четырехпунктовой приемной системой, фазовые центры приемных антенн каждого из приемных пунктов которой находятся в заданных точках в прямоугольной системе координат с началом координат в заданной точке 0, находящейся преимущественно на поверхности земли, с плоскостью (0, x, y), касательной к поверхности земли в точке 0, и осью 0z, направленной от земли, при котором на приемных пунктах измеряют разности времен приходов принятых радиосигналов, отличающийся тем, что в пунктах приема, упорядоченных заданным образом, приемными антеннами, по одной антенне в каждом, с фазовыми центрами антенн, расположенными на одинаковой заданной высоте z=h, с координатами на плоскости (0, х, у), равными x1=0, y1=b; x2=a, y2=0; x3=0, y3=-b, x4=-a, y4=0, где h, a, b>0, с нумерацией индексов для антенн, соответствующей нумерации приемных пунктов 1, 2, 3 и 4, принимают синхронизированно радиосигналы от источника радиоизлучения длительностью Δτ1, каждый, с задержкой между импульсами Δτ2n, необязательно одинаковой от импульса к импульсу, где Δτ2n>2Δt1+2h/νs, n - номер импульса, изменяющийся от 1 до N, νs - скорость распространения радиосигнала, синхронизированно регистрируют преимущественно по временному положению переднего фронта приходящих импульсных радиосигналов моменты времен их приема на антенны пунктов приемной системы, при этом для каждой антенны после регистрации момента времени приема пришедшего импульсного радиосигнала регистрацию момента времени приема последующего импульсного радиосигнала осуществляют внутри диапазона (2h/νs+Δτ1, Δτ2n-Δτ1), отсчитываемого от момента времени регистрации приема на соответствующую антенну предыдущего импульсного радиосигнала, измеряют разности преимущественно Δti,1 между временами приемов радиосигналов на i-й и первой антеннах, где индекс i может принимать одно из значений 2, 3, 4, указанные измерения повторяют последовательно еще N-1 раз, в процессе измерений при каждом повторении измерений для каждого i производят суммирование соответствующих измеренных разностей времен Δti,1 с ранее суммированными и после N-го измерения определяют средние значения как результаты деления соответствующих накопленных сумм на заданное число N, причем N задают из условия, что где V - скорость перемещения объекта, Δs - заданный характерный масштаб, определяющий, в том числе, разрешающую способность определения пространственных координат объекта, и определяют преимущественно пространственные координаты объекта (x0, y0, z0) в соответствии с выражениями

,
где 1=1 для объектов, находящихся выше фазовых центров передающих антенн, и 1=-1 в противном случае;
, и индекс i может принимать значения 2, 3, 4, а при необходимости определяют и другие характеристики объекта, функционально связанные с его координатами, и полученную информацию передают потребителю.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при передаче с объекта импульсных радиосигналов этими же радиосигналами одновременно передают информацию, изменяя соответствующим ей образом времена задержки между импульсами Δτ2n, а при приеме радиосигналов преимущественно по крайней мере на одну из антенн приемных пунктов измеряют Δτ2n и в соответствии с ними восстанавливают информацию и передают ее потребителю.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для определения пространственных координат в заданной области пространства. .

Изобретение относится к телефонной связи. .

Изобретение относится к беспроводным системам связи и может быть использовано для поиска ячейки в беспроводной системе связи. .

Изобретение относится к технике мобильной связи. .

Изобретение относится к беспроводной связи между ответчиком-идентификатором и базовой станцией, установленной на автотранспортном средстве. .

Изобретение относится к технике связи, а конкретнее к способам передачи и приема радиосигналов наземных радиомаяков, и может быть использовано преимущественно для определения пространственных координат и других характеристик объекта, функционально связанных с его координатами, в информационно-управляющих радиотехнических системах различного назначения, в том числе, в радиотехнических комплексах систем навигации

Изобретение относится к технике связи, а конкретнее к способам передачи и приема радиосигналов наземных радиомаяков, и может быть использовано для однозначного определения пространственных координат и других характеристик объекта, функционально связанных с его координатами, в информационно-управляющих радиотехнических системах различного назначения, в том числе в радиотехнических комплексах систем навигации

Изобретение относится к технике связи, а конкретнее к способам передачи и приема радиосигналов наземных радиомаяков, и может быть использовано преимущественно для определения пространственных координат и других характеристик объекта, функционально связанных с его координатами, в информационно-управляющих радиотехнических системах различного назначения, в том числе в радиотехнических комплексах систем навигации

Изобретение относится к технике связи, а конкретнее - к способам передачи и приема радиосигналов наземных радиомаяков, и может быть использовано преимущественно для определения пространственных координат и других характеристик объекта, функционально связанных с его координатами

Изобретение относится к технике связи, а конкретнее к способам передачи радиосигналов источниками радиоизлучений (ИРИ), находящимися на объектах, в том числе подвижных, в виде, допускающем совмещенный во времени множественный доступ, и их приема наземной четырехпунктовой приемной системой, и может быть использовано преимущественно для определения пространственных координат и других характеристик ИРИ, функционально связанных с их координатами, в информационно-управляющих радиотехнических системах различного назначения, в том числе в радиотехнических комплексах систем навигации

Изобретение относится к технике связи, а конкретнее к способам передачи радиосигналов источниками радиоизлучений (ИРИ), находящимися на объектах, в том числе подвижных, в виде, допускающем совмещенный во времени множественный доступ, и их приема наземной пятипунктовой приемной системой, и может быть использовано преимущественно для определения пространственных координат и других характеристик ИРИ, функционально связанных с их координатами, в информационно-управляющих радиотехнических системах различного назначения, в том числе в радиотехнических комплексах систем навигации

Изобретение относится к радиосвязи, а именно к передаче информации с использованием схемы разнесения при передаче с несколькими антеннами, и может быть использовано в системе сотовой связи

Изобретение относится к телекоммуникации, а именно к установлению соединения между абонентским оборудованием и сетью по беспроводной связи, и может быть использовано в беспроводных системах связи

Изобретение относится к беспроводной связи, а именно к системам связи на основе множественного доступа с частотным разделением с одной несущей, и может быть использовано в области систем связи третьего поколения

Изобретение относится к радиочастотным устройствам, в частности к радиочастотным устройствам, содержащим электронный компонент, снабженный встроенной антенной, имеющей электромагнитную связь с усилительной или, так называемой, «бустерной» антенной
Наверх