Способ определения координат источника радиоизлучения в трехмерном пространстве



Способ определения координат источника радиоизлучения в трехмерном пространстве
Способ определения координат источника радиоизлучения в трехмерном пространстве
Способ определения координат источника радиоизлучения в трехмерном пространстве
Способ определения координат источника радиоизлучения в трехмерном пространстве
Способ определения координат источника радиоизлучения в трехмерном пространстве
Способ определения координат источника радиоизлучения в трехмерном пространстве
Способ определения координат источника радиоизлучения в трехмерном пространстве
Способ определения координат источника радиоизлучения в трехмерном пространстве
Способ определения координат источника радиоизлучения в трехмерном пространстве
Способ определения координат источника радиоизлучения в трехмерном пространстве
Способ определения координат источника радиоизлучения в трехмерном пространстве

Владельцы патента RU 2643360:

Гайчук Юрий Николаевич (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в пассивных системах местоопределения (МО) источников радиоизлучения (ИРИ), размещенных на неровных участках местности. Достигаемый технический результат – снижение погрешности определения координат ИРИ. Сущность изобретения заключается в расположении четырех приемных пунктов (ПП), размещенных на беспилотных летательных аппаратах (БЛА) типа "мультикоптер" в районе предполагаемого нахождения ИРИ. В указанный район ПП доставляются посредством беспилотного или пилотируемого летательного аппарата среднего класса. В состав каждого ПП входят блок навигационно-временного обеспечения, ненаправленная антенна, панорамный приемник, приемопередатчик. В районе предполагаемого нахождения ИРИ приемные пункты распределяют в пространстве по команде с наземного пункта управления и обработки (НПУО), формируя, таким образом, разностно-дальномерную систему (РДС) МО. Приемные пункты располагают в вершинах тетраэдра: периферийные ПП в вершинах его нижнего основания, а опорный в вершине над основанием. В образованной РДС по сигналам блоков навигационно-временного обеспечения каждого ПП осуществляется определение их координат в пространстве, высокоточная привязка к собственной системе координат РДС и передача координатной информации о периферийных ПП на опорный. По команде с него все ПП выполняют поиск сигнала ИРИ в заданном частотном диапазоне и при обнаружении сигнала ретранслируют его на опорный. Прием и ретрансляция сигнала ИРИ приемными пунктами осуществляются их панорамными приемниками и приемопередатчиками соответственно. На опорном ПП на основе вычисления корреляции между сигналом, принятым на нем, и сигналами, ретранслированными с периферийных ПП, вычисляются и отправляются на НПУО координаты обнаруженного ИРИ. На НПУО оценивается значение погрешности полученных координат и в случае превышения требуемого значения, установленного оператором, осуществляется пересчет собственных координат всех ПП для их перестроения. Такое перестроение ПП относительно ИРИ выполняется до тех пор, пока погрешность определения его координат не установится ниже требуемого значения. 8 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в пассивных системах местоопределения (МО) источников радиоизлучения (ИРИ), размещенных на неровных участках местности.

Сущность изобретения заключается в расположении множества приемных пунктов (ПП) (не менее четырех), конструктивно размещенных на беспилотных летательных аппаратах (БЛА) типа "мультикоптер" (фиг.1, электронный ресурс - www.DJI.com/ru/mobile/spreading-wings-900 (дата обращения: 13.02.17 г.)) в районе предполагаемого нахождения ИРИ. В указанный район ПП доставляются посредством беспилотного или пилотируемого летательного аппарата среднего класса. В состав каждого ПП входят блок навигационно-временного обеспечения, ненаправленная антенна, панорамный приемник, приемопередатчик. В районе предполагаемого нахождения ИРИ приемные пункты распределяют в пространстве по команде с наземного пункта управления и обработки (НПУ и О), формируя, таким образом, разностно-дальномерную систему (РДС) МО. Если количество ПП равно четырем, то их располагают в вершинах тетраэдра: периферийные ПП - в вершинах его нижнего основания, а опорный в вершине над основанием. Если количество ПП больше четырех, то, в зависимости от условий и требований, их располагают в вершинах пирамиды или распределяют над несколькими ИРИ в вершинах соответствующих тетраэдров. В образованной РДС по сигналам блоков навигационно-временного обеспечения каждого ПП осуществляется определение их координат в пространстве, высокоточная привязка к собственной системе координат РДС и передача координатной информации о периферийных ПП на опорный. По команде с него все ПП выполняют поиск сигнала ИРИ в заданном частотном диапазоне и при обнаружении сигнала ретранслируют его на опорный. Прием и ретрансляция сигнала ИРИ приемными пунктами осуществляются их панорамными приемниками и приемопередатчиками соответственно. На опорном ПП на основе вычисления корреляции между сигналом, принятым на нем, и сигналами, ретранслированными с периферийных ПП, вычисляются и отправляются на НПУ и О координаты обнаруженного ИРИ. На НПУ и О оценивается значение погрешности полученных координат и в случае превышения требуемого значения, установленного оператором, осуществляется пересчет собственных координат всех ПП для их перестроения. Такое перестроение ПП относительно ИРИ выполняется до тех пор, пока погрешность определения его координат не установится ниже требуемого значения σтреб..

Достигаемым техническим результатом изобретения является снижение погрешности определения координат ИРИ, размещенных в пространстве на неровных участках местности. Технический результат достигается за счет расположения ПП в пространстве относительно ИРИ на рассчитанных высотах в вершинах тетраэдра, что позволяет определять координаты ИРИ в трехмерном пространстве (X, Y, Z).

Способ поясняется иллюстрациями, на которых представлены:

фиг. 1 - беспилотный летательный аппарат типа "мультикоптер";

фиг. 2 - линии равной погрешности на плоскости при размещении приемных пунктов на некоторой заданной высоте в вершинах квадрата;

фиг. 3 - геометрия расположении ПП в пространстве при определении координат ИРИ а) способом-прототипом и б) предложенным способом;

фиг. 4 - новый алгоритм уточнения координат ПП относительно ИРИ;

фиг. 5 - визуальное пояснение работы предложенного способа определения координат ИРИ в трехмерном пространстве;

фиг. 6 - расположение ИРИ на границе предполагаемого района поиска;

фиг. 7 - расположение ИРИ в центре предполагаемого района поиска;

фиг. 8 - линии равной погрешности при размещении приемных пунктов на рассчитанных высотах в вершинах тетраэдра.

Известен способ местоопределения ИРИ, близкий по технической сущности к заявляемому изобретению (см., например, Кондратьев B.C., Котов А.Ф., Марков Л.Н. Многопозиционные радиотехнические системы - М.: "Радио и связь", 1986. - 264 с), основанный на измерении корреляционным методом временных задержек приема сигнала ИРИ, относительно одного из N≥2 пространственно-разнесенных пунктов радиоконтроля. Недостатками указанного способа являются необходимость устойчивого приема пунктами радиоконтроля сигналов контролируемого ИРИ, что не всегда возможно в условиях сложного рельефа труднодоступной местности и недостаточная точность местоопределения ИРИ, связанная с большим удалением ИРИ от пунктов радиоконтроля.

Известен способ-прототип определения местоположения источника радиоизлучения (см. Пат. РФ 2 526 094, МПК GO IS 5/12 (2006.01), опубл. 20.04.2014 г.), сущность которого заключается в предварительной доставке в предполагаемый район нахождения ИРИ БЛА-датчиков (не менее четырех). Каждый из БЛА-датчиков состоит из блока навигационно-временного обеспечения, ненаправленной антенны, панорамного приемника и приемопередатчика. В качестве средства доставки и обслуживания БЛА-датчиков, а также для ретрансляции координатной информации, поступающей с них, и передачи команд управления с наземного пункта управления и обработки (НПУО), используется беспилотный или пилотируемый летательный аппарат (ЛА) среднего класса (ЛА-ретранслятор). После доставки в предполагаемый район нахождения источников радиоизлучения, по командам с наземного пункта управления и обработки, БЛА-датчики распределяют в пространстве. Совокупность БЛА-датчиков и ЛА-ретранслятор формально образуют в пространстве многопозиционную систему радиоконтроля. По сигналам блока навигационно-временного обеспечения определяются координаты в пространстве каждого БЛА-датчика и осуществляется их высокоточная привязка к собственной системе координат разностно-дальномерной системы и к единому времени, для этого информация о координатах периферийных БЛА-датчиков в сформированной РДС передается на центральный БЛА-датчик. Каждый БЛА-датчик, имеющий панорамный приемник, осуществляет поиск сигналов ИРИ в заданном частотном диапазоне. При обнаружении сигнала ИРИ осуществляется его оцифровка и передача с помощью передающего устройства приемопередатчика на центральный БЛА-датчик. На центральном БЛА-датчике по поступившим данным осуществляется определение местоположения ИРИ. Данный способ позволяет повысить точность местоопределения ИРИ, функционирующих в труднодоступной местности за счет возможности доставки туда мультикоптеров и использования их свойств маневренности и сохранения неподвижного состояния в пространстве. Недостатком данного способа-прототипа является определение координат ИРИ без учета высоты их размещения на местности, т.е. в случае нахождения ИРИ на неровном участке местности или в какой-либо точке пространства (горе, здании, углублении, под землей и т.д.) высота его размещения всегда будет равна нулю. Использование способа-прототипа для определения координат ИРИ в пространстве (с учетом высоты) приведет к высоким погрешностям, т.к. для пространства, в отличии от плоскости, точка, находящаяся под центром квадрата, в вершинах которого располагаются ПП, характеризуется самой большой погрешностью (фиг.2).

Для достижения технического результата изобретения предлагается в указанном способе-прототипе располагать ПП не в одной плоскости в вершинах квадрата, а на рассчитанных высотах в вершинах тетраэдра, что позволит вместе с координатами X и Y оценивать координату Z - высоту расположения ИРИ в пространстве (фиг.3). Это является основным преимуществом предложенного способа и позволяет снизить погрешность определения координат ИРИ, размещенных в пространстве на неровных участках местности.

Кроме того, использование в рамках предлагаемого способа нового алгоритма уточнения координат ПП относительно ИРИ (фиг.4) позволяет снизить погрешность определения его координат до минимально возможного значения, которое обеспечивается при размещении опорного ПП над ИРИ (см., например, Гайчук Ю.Н., Печурин В.В., Серебряков Ю.И. Исследование погрешности определения местоположения источников радиоизлучений группой беспилотных летательных аппаратов. Наукоемкие технологии, 2016, №12. - с. 34-38).

Предложенный способ поясняется иллюстрацией, представленной на фиг.5. На фиг.5 приняты следующие обозначения: 1 - беспилотный или пилотируемый летательный аппарат среднего класса; 2 - наземный пункт управления и обработки; 3 - источник радиоизлучения, координаты которого определяются; 4 - опорный ПП РДС МО; 5 - периферийные ПП РДС МО.

Множество ПП (не менее 4), конструктивно размещенных на БЛА типа "мультикоптер", доставляют посредством беспилотного или пилотируемого летательного аппарата среднего класса 1 в район предполагаемого нахождения ИРИ. Каждый ПП содержит блок навигационно-временного обеспечения, ненаправленную антенну, панорамный приемник и приемопередатчик. В районе расположения ИРИ 3, предположительно находящегося на неровном участке местности (горе, здании, углублении, под землей и т.д.), приемные пункты 4, 5 по команде с НПУ и О 2 распределяют в пространстве на рассчитанных высотах вокруг указанного района, формируя, таким образом, РДС МО. Если количество ПП равно четырем, то их располагают в вершинах тетраэдра: периферийные ПП - в вершинах его нижнего основания, а опорный в вершине над основанием. Если количество ПП больше четырех, то в зависимости от условий и требований их располагают в вершинах пирамиды или распределяют над несколькими ИРИ в вершинах соответствующих тетраэдров. В образованной РДС по сигналам блоков навигационно-временного обеспечения каждого ПП осуществляется определение их координат в пространстве, высокоточная привязка к собственной системе координат РДС и передача координатной информации о периферийных ПП на опорный. По команде с него все ПП выполняют поиск сигнала ИРИ в заданном частотном диапазоне и при обнаружении сигнала ретранслируют его на опорный. Прием и ретрансляция сигнала ИРИ приемными пунктами осуществляются их панорамными приемниками и приемопередатчиками соответственно. На опорном ПП на основе вычисления корреляции между сигналом, принятым на нем, и сигналами, ретранслированными с периферийных ПП, вычисляются и отправляются на НПУ и О координаты обнаруженного ИРИ. На НПУ и О на основе расчета поверхностей равных погрешностей оценивается значение погрешности полученных координат и в случае превышения требуемого значения σтреб., установленного оператором, осуществляется пересчет собственных координат всех ПП для их перестроения. Это необходимо для снижения погрешности определения координат обнаруженного ИРИ, который изначально может находиться на границе предполагаемого района именно в зоне высокой погрешности (фиг.6). Пересчет координат ПП выполняется по новому алгоритму уточнения координат ПП относительно ИРИ (фиг.4) с выдачей оператору одного (четыре ПП) или нескольких (ПП больше четырех) вариантов расположения ПП уже с их новыми координатами. Такое уточнение координат ПП относительно ИРИ выполняется до тех пор, пока погрешность определения его координат не установится ниже требуемого значения (фиг.7).

Новый алгоритм уточнения координат ПП относительно ИРИ предназначен для снижения погрешности определения координат ИРИ до минимально возможного значения. Для работы алгоритма требуются следующие исходные данные, которые вводятся (выбираются из возможных) оператором на НПУ и О перед началом выполнения задания.

1. Характеристики ПП (частота дискретизации, динамический диапазон, полоса приема и т.д.), в том числе характеристики БЛА, на которых они размещаются.

2. Количество ПП и соответственно БЛА, на которых они размещаются. Минимальное число ПП равно четырем.

3. Требуемая погрешность определения координат ИРИ σтреб. - задается исходя из условий функционирования и заданных требований.

4. Цифровая карта местности (ЦКМ) выполнения задания предназначена для оценки возможности пространственного перестроения ПП и графического отображения обстановки в исследуемом районе.

5. Вычисленные первоначальные собственные координаты ПП относительно предполагаемого района нахождения ИРИ. В эти координаты, как правило, позиции на границах указанного района, ПП распределяют в начале выполнения задания.

Работа алгоритма начинается с обнаружения сигнала ИРИ и определения его координат на опорном ПП. Вычисленные координаты обнаруженного ИРИ отправляются на НПУ и О, где на основе расчета поверхностей равных погрешностей оценивается значение погрешности полученных координат. Полученное значение сравнивается с требуемым σтреб. и в случае его превышения осуществляется оценка возможности пространственного перестроения ПП исходя из их характеристик (в том числе характеристик БЛА) и цифровой карты местности (различные неровности и препятствия, климатические условия, т.д.). При положительном результате выполняется формирование возможных вариантов построения ПП в пространстве и, при необходимости, увеличение их числа. Уточнение координат ПП для их перестроения относительно ИРИ осуществляется до тех пор, пока погрешность определения его координат не установится ниже требуемого значения (в идеальном случае может быть получено минимально возможное значение погрешности, которое обеспечивается при размещении опорного ПП над ИРИ). В этом случае координатная информация с отображением на ЦКМ выдается оператору НПУ и О. В случае отрицательного результата возможности перестроения ПП в пространстве координатная информация также выдается оператору НПУ и О с отображением на ЦКМ, но с уведомлением о высокой погрешности измеренных координат обнаруженного ИРИ и отсутствия возможности ее снижения.

Расчет поверхностей равной погрешности в алгоритме уточнения координат ПП относительно ИРИ осуществляется на основе вычисления погрешности МО ИРИ в каждой точке исследуемого пространства. При этом основой разностно-дальномерного способа МО является измерение разности расстояний от ИРИ до размещенных в разных точках пространства опорного и периферийных ПП. Расстояние от ИРИ до i-го ПП в пространстве описывается выражением

где (x,y,z) - координаты ИРИ, (xi,yi,zi) - координаты i-го ПП в пространстве, i=1,...,N - номер ПП, N - количество ПП.

Погрешность МО ИРИ в пространстве рассчитывается в соответствии с выражением

где σΔr - погрешность определения разности расстояний; tr() - след матрицы; Н - матрица частных производных от ri, ()Т - транспонированная матрица, ()-1 - обратная матрица.

Матрица (HTH)-1 является ковариационной матрицей погрешностей МО ИРИ, а элементы ее главной диагонали представляют собой дисперсии ошибок пространственных координат

Матрица частных производных по для РДС имеет вид

В качестве примера на фиг. 8 показаны линии равной погрешности на поверхности исследуемого района размером 10 на 10 км. На фигуре расстояние между периферийными ПП составляет 6 км, высота их подъема - 2,2 км, высота подъема опорного ПП - 3,1 км. Минимальная погрешность МО ИРИ при таком расположении ПП обеспечивается под опорным. Поверхность равной погрешности при таком расположении ПП показана на фиг.3б.

Таким образом, предложенный способ может быть использован в пассивных системах местоопределения ИРИ и по сравнению со способом-прототипом обладает рядом преимуществ. Расположение ПП в пространстве на рассчитанных высотах в вершинах тетраэдра позволяет определять координаты ИРИ с учетом высоты его расположения и тем самым снизить погрешность определения координат ИРИ, находящихся на неровных участках местности. Применение в предложенном способе нового алгоритма уточнения координат ПП относительно ИРИ позволяет снизить погрешность определения координат ИРИ до минимально возможного значения, которое обеспечивается при размещении опорного ПП над ИРИ.

Способ определения координат источника радиоизлучения (ИРИ) в трехмерном пространстве, основанный на доставке в район предполагаемого нахождения ИРИ беспилотных летательных аппаратов (БЛА) малого класса типа "мультикоптер" посредством беспилотного или пилотируемого летательного аппарата среднего класса, формировании разностно-дальномерной системы местоопределения (РДСМО) путем размещения четырех приемных пунктов (ПП) на БЛА, при этом каждый ПП содержит блок навигационно-временного обеспечения, ненаправленную антенну, панорамный приемник и приемопередатчик, измерении корреляционным методом временных задержек моментов приема сигнала ИРИ на периферийных и опорном ПП, отличающийся тем, что при формировании РДСМО ИРИ приемные пункты располагают на рассчитанных высотах в вершинах тетраэдра, причем периферийные ПП располагают в вершинах нижнего основания тетраэдра, а опорный - в вершине тетраэдра над его основанием, в сформированной РДСМО ИРИ по сигналам блоков навигационно-временного обеспечения каждого ПП осуществляют определение их координат в пространстве, привязку к собственной системе координат РДСМО и передают координатную информацию о периферийных ПП на опорный ПП, по команде с опорного ПП периферийные ПП осуществляют поиск сигнала ИРИ в заданном частотном диапазоне и при обнаружении сигнала ИРИ ретранслируют его на опорный ПП, на опорном ПП на основе вычисления корреляции между сигналом, принятым на нем, и сигналами, ретранслированными с периферийных ПП, вычисляют и отправляют на наземный пункт приема и обработки (НПУО) координаты обнаруженного ИРИ, на НПУО оценивают значение погрешности полученных координат ИРИ и в случае превышения требуемого значения, установленного оператором, осуществляют пересчет собственных координат всех ПП для их перестроения, пересчет координат осуществляют путем уточнения координат ПП относительно ИРИ с выдачей оператору варианта расположения ПП с новыми координатами, при этом уточнение координат ПП относительно ИРИ осуществляют до тех пор, пока погрешность определения координат ИРИ не установится ниже требуемого значения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения координат местоположения источников радиоизлучения (КМПИРИ) УКВ-СВЧ диапазонов как цифровых, так и аналоговых видов связи, сведения о которых отсутствуют в базе данных (например, государственной радиочастотной службы).

Изобретение относится к системам для обнаружения объекта путем отражения от его поверхности радиоволн и может быть использовано в радиолокации для распознавания разрушения (подрыва) самолета.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям, устанавливаемым на летательных аппаратах, и предназначено для решения задач картографирования земной поверхности.

Изобретение относится к классу геофизических приборов, предназначенных для исследований, не нарушающих структуры грунта, на глубины от нескольких десятков до нескольких сотен метров.
Изобретение относится к области радиолокации и может быть использованы для обнаружения и завязывания трассы цели. Достигаемый технический результат по первому варианту способа сопровождения цели - сокращение временных затрат на завязывание трасс целей и увеличение надежности сопровождения за счет уменьшения размеров стробов, а также возможность обнаружения в первом обзоре особо опасных высокоскоростных целей.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных системах с зондирующими сигналами, кодированными по фазе (фазокодоманипулированными сигналами), для измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта.

Изобретение относится к способу детектирования вращающегося колеса транспортного средства. Предложен способ детектирования вращающегося колеса (1) транспортного средства (2), характеризующийся тем, что детектируют колесо (1) путем оценки допплеровского сдвига частоты отраженного колесом (1) и возвращенного с допплеровским сдвигом измерительного луча (6), испускаемого детекторным блоком (5), мимо которого проходит указанное транспортное средство (2).

Изобретение относится к локационной технике и предназначено для использования в системах сопровождения подвижных объектов и системах наведения ракет. Достигаемый технический результат - повышение точности оценки параметров траектории сопровождаемого объекта в условиях неопределенности динамики его движения.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для повышения вероятности обнаружения целей. Достигаемый технический результат - снижение уровня боковых лепестков корреляционной функции для любых зондирующих сигналов при априорно неизвестных характеристиках приемо-передающего тракта.

Изобретение относится к способу и устройству детектирования (обнаружения) вращающегося колеса транспортного средства, которое движется по проезжей части в направлении движения, и колеса которого, по меньшей мере, частично открыты сбоку.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к пассивным системам радиоконтроля, и, в частности, может быть использовано для высокоточного определения с помощью летательных аппаратов координат источников радиоизлучений (ИРИ), излучающих непрерывные или квазинепрерывные сигналы.

Изобретение относится к пассивным системам радиомониторинга и может быть использовано в системах местоопределения источников радиоизлучения (ИРИ). Достигаемый технический результат изобретения - повышение эффективности определения координат ИРИ, размещенных в труднодоступной местности.

Изобретение относится к пассивным системам радиоконтроля и может быть использовано в системах местоопределения радиоизлучающих средств. Достигаемый технический результат - снятие ограничения по взаимному пространственному расположению приемных каналов пеленгационных пунктов.

Изобретение относится к пассивным системам радиомониторинга радиоэлектронных средств, в частности может быть использовано в системах местоопределения источников радиоизлучения (ИРИ).

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение при обработке радиосигналов, а также в разностно-дальномерной системе местоопределения источников радиоизлучений.

Изобретение относится к пассивным системам радиомониторинга и может быть использовано в системах местоопределения источников радиоизлучения (ИРИ). Достигаемый технический результат - сокращение времени определения принадлежности местоположения ИРИ к ограниченной области пространства.

Способ местоопределения источника радиоизлучения (ИРИ) относится к радиотехнике, а именно к пассивным системам радиоконтроля. Достигаемый технический результат - повышение точности местоопределения ИРИ, функционирующих в труднодоступной местности.

Изобретение относится к способу спутниковой навигации мобильных объектов железнодорожного транспорта на основе известной траектории движения. .

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к пассивным системам радиоконтроля, и, в частности, может быть использовано в системах местоопределения радиоизлучающих средств УКВ-диапазонов.

Изобретение относится к спутниковой навигации и может быть использовано для повышения точности определения вектора состояния космических аппаратов. .

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к пассивным системам радиоконтроля, и, в частности, может быть использовано для высокоточного определения с помощью летательных аппаратов координат источников радиоизлучений (ИРИ), излучающих непрерывные или квазинепрерывные сигналы.
Наверх