Способ определения координат объекта



Способ определения координат объекта

Владельцы патента RU 2647496:

Общество с ограниченной ответственностью "НРТБ-Система" (ООО "НРТБ-С") (RU)

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано для определения пространственных координат (ПК) объектов, стационарных или подвижных, и управления их движением в локальных зонах навигации. Достигаемый технический результат - обеспечение однозначного определения ПК без привлечения дополнительной информации. Указанный результат достигается за счет того, что системой n-х наземных станций передают радиосигналы в виде двух гармонических колебаний с соответственно заданными частотами и . Радиосигналы синхронизированно формируют заданным образом в едином центре в системе отсчета времени, связанной с ним, и передают по линиям связи на каждую станцию. При формировании и передаче радиосигналов обеспечивают выполнение заданных в способе условий. На объекте осуществляют прием совокупности аналоговых радиосигналов и преобразуют ее в соответствующую ей цифровую совокупность, каждый цифровой сигнал которой содержит две цифровые составляющие и . Для каждой из этих составляющих формируют квадратурные им цифровые компоненты и . По парам цифровых компонент и определяют в системе отсчета времени, связанной с объектом, моменты времен приема различных n-х радиосигналов и разности моментов времен приема различных двух n-х радиосигналов. По этим разностям и известным на объекте координатам фазовых центров антенн станций однозначно определяют относительные дальности до объекта от указанных фазовых центров антенн станций и по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты фазового центра антенны объекта.

 

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано для определения координат объектов, стационарных или подвижных, и управления их движением в локальных зонах навигации. Радиосигналы в виде двух гармонических колебаний с соответственно заданными частотами передают стационарные наземные станции с заданными координатами фазовых центров антенн. Их принимают на объекте и определяют пространственные координаты фазового центра антенны объекта. Реализация способа позволит, в том числе, упростить соответствующие системы позиционирования, экономить частотный ресурс при обеспечении точности и однозначности измерения координат объекта.

Известны способы определения координат объектов, 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, 2096800, 2115137, 2213979, 2258242, 2264598, 2309420, 2325666, 2363117, 2371737, 2378660, 2430385, 2439617, 2506605, 2507529, 2510518, 2539968, 2558640, 2559813, 2567114, 2568104, 2572589, 2584976, 2588057, 2597007, 2598000, 2599984, 2602506; Патенты США №№9423502 В2, 9465099 В2, 9485629 В2, 9488735 В2, 9661604 В1, 9681267 В2, 2016/0327630 A1. 2016/0330584 А1, 2016/0337933 А1, 2017/0176568, WO/2017/097905, WO/2017/098534; 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, необходимость механического перемещения антенной системы, невозможность однозначного определения координат объекта, необходимость априорной информации о местоположении объекта, необходимость общей синхронизации передающих и принимающих радиосигналы радиотехнических объектов, недостаточные быстродействие и точность.

По критерию минимальной достаточности наиболее близким является способ определения координат объекта по патенту RU №2617448.

Преимуществом заявляемого способа определения координат объектов по сравнению с известными способами является экономия частотного ресурса при обеспечении однозначного определения пространственных координат объекта без привлечения дополнительной информации. Это достигается тем, что системой n-х наземных станций передают радиосигналы в виде двух гармонических колебаний с соответственно заданными частотами и . Радиосигналы синхронизированно формируют заданным образом в едином центре в системе отсчета времени, связанной с ним, и передают по линиям связи на каждую станцию. При формировании и передаче радиосигналов обеспечивают выполнение заданных в способе условий. На объекте осуществляют прием совокупности аналоговых радиосигналов и преобразуют ее в соответствующую ей цифровую совокупность, каждый цифровой сигнал которой содержит две цифровых составляющих и . Для каждой из этих составляющих формируют квадратурные им цифровые компоненты и . По парам цифровых компонент и определяют в системе отсчета времени, связанной с объектом, моменты времен приема различных n-х радиосигналов и разности моментов времен приема различных двух n-х радиосигналов. По этим разностям и известным на объекте координатам фазовых центров антенн станций однозначно определяют относительные дальности до объекта от указанных фазовых центров антенн станций и по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты фазового центра антенны объекта.

Для достижения указанного технического результата в соответствии с настоящим изобретением в способе определения координат объекта, в том числе подвижного, с каждой станции наземной системы, содержащей совокупность N≥4 упорядоченно пронумерованных n-х станций, где n изменяется от 1 до N, с заданными в трехмерной декартовой системе координатами фазовых центров их антенн, передают радиосигналы в виде двух гармонических колебаний с соответственно заданными частотами и где Δƒ - заданная частота, индексы in являются заданными целыми положительными числами, индексы jn=in+k, причем целое положительное число k задано так, чтобы in и jn были взаимно простыми числами, при этом упомянутые радиосигналы для каждой n-й станции синхронизированно формируют в едином центре в системе отсчета времени, связанной с ним, используя единую опорную частоту, с одинаковыми для каждого n временными задержками для двух гармонических колебаний, соответствующих индексам in и jn, и передают их по соответствующим n-м линиям связи на каждую наземную n-ю станцию для последующей посылки радиосигналов на объект, причем упомянутые n-е радиосигналы формируют и передают, обеспечивая условия, при которых расстояния между фазовыми центрами антенн для любой пары из N станций, отнесенные к скорости распространения радиосигналов и увеличенные на абсолютную величину разности временных задержек, возникающих при их формировании и передаче по линиям связи, не должны превышать периода T, равного 1/Δƒ, а на объекте осуществляют прием совокупности N n-х аналоговых радиосигналов, преобразуют ее в соответствующую ей цифровую совокупность, каждый n-й цифровой сигнал которой содержит две цифровых составляющих и , соответственно, для каждой из них любым из известных алгоритмов формируют квадратурные им цифровые компоненты и , соответственно, и по парам цифровых компонент и при известных на объекте числах in, jn и частоте Δƒ определяют в системе отсчета времени, связанной с объектом, моменты времен приема различных n-х радиосигналов, определяют, с учетом указанных известных временных задержек, разности моментов времен приема различных двух n-х радиосигналов и по этим разностям и известным на объекте координатам фазовых центров антенн станций однозначно определяют относительные дальности до объекта от указанных фазовых центров антенн станций и по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты фазового центра антенны объекта.

Совокупность всех признаков позволяет определить пространственные координаты объекта с достижением указанного 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 каждой станции наземной системы, содержащей совокупность N≥4 упорядоченно пронумерованных n-х станций, где n изменяется от 1 до N, с заданными в трехмерной декартовой системе координатами фазовых центров их антенн, передают радиосигналы в виде двух гармонических колебаний с соответственно заданными частотами и где Δƒ - заданная частота. Индексы in являются заданными целыми положительными числами, индексы jn=in+k, причем целое положительное число k задано так, чтобы in и jn были взаимно простыми числами.

Упомянутые радиосигналы для каждой n-й станции синхронизирование формируют в едином центре в системе отсчета времени, связанной с ним, используя единую опорную частоту, с одинаковыми для каждого n временными задержками для двух гармонических колебаний, соответствующих индексам in и jn. Сформированные в едином центре радиосигналы передают по соответствующим n-м линиям связи на каждую наземную n-ю станцию для последующей посылки радиосигналов на объект. При этом упомянутые n-е радиосигналы формируют и передают, обеспечивая выполнение следующих условий: расстояния между фазовыми центрами антенн для любой пары из N станций, отнесенные к скорости распространения радиосигналов и увеличенные на абсолютную величину разности временных задержек, возникающих при их формировании и передаче по линиям связи, не должны превышать периода T, равного 1/Δƒ. Для каждого n-го радиосигнала на максимальном масштабе, соответствующем упомянутому периоду T гармонических колебаний, укладывается целое число длин волн, соответствующих двум указанным видам колебаний. При этом, если их числа отличаются на единицу, упрощается однозначное определение положения сигнала внутри указанного масштаба.

Формирование упомянутого радиосигнала каждой станции не представляет сложности как с применением аналоговой, так и с применением цифровой схемотехники.

На объекте осуществляют прием совокупности N n-х аналоговых радиосигналов и преобразуют ее в соответствующую ей цифровую совокупность. Каждый n-й цифровой сигнал цифровой совокупности содержит две цифровых составляющих и . Для каждой из этих составляющих любым из известных алгоритмов (например, с использованием дискретного преобразования Гильберта [Рабинер Л., Голд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М., изд-во «Мир», п. 2.26, 1978]) формируют квадратурные им цифровые компоненты и , соответственно. По парам цифровых компонент и при известных на объекте числах in, jn и частоте Δƒ определяют в системе отсчета времени, связанной с объектом, моменты времен приема различных n-х радиосигналов. Затем определяют, с учетом упомянутых известных временных задержек, разности моментов времен приема различных двух n-х радиосигналов. По этим разностям и известным на объекте координатам фазовых центров антенн станций, однозначно определяют относительные дальности до объекта от указанных фазовых центров антенн станций. И по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты фазового центра антенны объекта.

Представление квадратурных компонент в цифровом виде дает определенное преимущество при решении задачи за счет простоты ее программной реализации. Цифровую обработку принятых сигналов можно реализовать как в спектральной (применение преобразования Фурье), так и временной области (применении цифровых фильтров).

В качестве метода определения пространственных координат объекта по относительным дальностям до него можно использовать любой из известных методов, например, из защищенных патентами RU (№№2530232, 2530241, 2542659) или из защищенных международными заявками в системе PCT (WO/2015/012738, WO/2015/012735, WO/2015/012736) или опубликованными в статьях автора (Алгоритм определения пространственных координат объекта по относительным дальностям до него // Нелинейный мир. 2015. №5. С. 38-41; Итерационный алгоритм определения пространственных координат объекта // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2016. Т. 14. №7. С. 64-69).

Способ может найти применение для построения универсальной навигационно-посадочной системы.

Перечислим основные достоинства способа:

- экономия частотного ресурса при обеспечении точности и однозначности определения пространственных координат объекта без привлечения дополнительной информации,

- требуется синхронизация только совокупности передающих станций, а на объекте, принимающем радиосигналы, используется своя система отсчета времени,

- обеспечивает возможность производить измерения с использованием существующей элементной базы и микропроцессорной техники,

Результативность и эффективность использования заявляемого способа состоит в том, что он может быть применен на практике для развития и совершенствования радиотехнических систем определения координат объектов, а также в других приложениях.

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».

Способ определения координат объекта, в том числе подвижного, при котором с каждой станции наземной системы, содержащей совокупность N≥4 упорядоченно пронумерованных n-х станций, где n изменяется от 1 до N, с заданными в трехмерной декартовой системе координатами фазовых центров их антенн, передают радиосигналы в виде двух гармонических колебаний с соответственно заданными частотами и , где - заданная частота, индексы in являются заданными целыми положительными числами, индексы jn=in+k, причем целое положительное число k задано так, чтобы in и jn были взаимно простыми числами, при этом упомянутые радиосигналы для каждой n-й станции синхронизированно формируют в едином центре в системе отсчета времени, связанной с ним, используя единую опорную частоту, с одинаковыми для каждого n временными задержками для двух гармонических колебаний, соответствующих индексам in и jn, и передают их по соответствующим n-м линиям связи на каждую наземную n-ю станцию для последующей посылки радиосигналов на объект, причем упомянутые n-е радиосигналы формируют и передают, обеспечивая условия, при которых расстояния между фазовыми центрами антенн для любой пары из N станций, отнесенные к скорости распространения радиосигналов и увеличенные на абсолютную величину разности временных задержек, возникающих при их формировании и передаче по линиям связи, не должны превышать периода Т, равного , а на объекте осуществляют прием совокупности N n-х аналоговых радиосигналов, преобразуют ее в соответствующую ей цифровую совокупность, каждый n-й цифровой сигнал которой содержит две цифровые составляющие и , соответственно, для каждой из них любым из известных алгоритмов формируют квадратурные им цифровые компоненты и , соответственно, и по парам цифровых компонент и при известных на объекте числах in, jn и частоте определяют в системе отсчета времени, связанной с объектом, моменты времен приема различных n-х радиосигналов, определяют, с учетом указанных известных временных задержек, разности моментов времен приема различных двух n-х радиосигналов и по этим разностям и известным на объекте координатам фазовых центров антенн станций однозначно определяют относительные дальности до объекта от указанных фазовых центров антенн станций и по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты фазового центра антенны объекта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения местоположения источников импульсных радиоизлучений. Достигаемый технический результат – упрощение путем определения пространственных координат местоположения источников радиоизлучений (ИРИ) четырьмя стационарными постами без привлечения уравнений линий положения.

Изобретение относится к области беспроводных сетей связи, а именно к предоставлению доступа к WIFI сетям. Техническим результатом является предотвращение сбоя доступа, вызванного посредством задания недоступной сети WIFI для интеллектуального устройства WIFI, что повышает степень успешных попыток доступа интеллектуального устройства WIFI за счет предоставления списка доступных WIFI сетей согласно типам WIFI, поддерживаемым интеллектуальным устройством.

Изобретение относится к системе беспроводной связи. Оборудование инфраструктуры, формирующее часть мобильной сети связи, принимает пакеты данных от терминала связи.

Группа изобретений относится к системе, управляемой вычислительными устройствами. Способ для управления интеллектуальным устройством заключается в следующем.

Изобретение относится к области беспроводных сетей связи, а именно к обмену данными между конечным устройством и базовой станцией, которые работают в разных режимах.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат (ПК) объекта - источника радиоизлучения (ИР), находящегося на стационарном или подвижном объекте.

Изобретение относится к беспроводной связи. Технический результат заключается в обеспечении возврата в сеть с коммутацией каналов (CSFB) для оборудования пользователя (UE).

Группа изобретений относится к системам беспроводных сетей связи. Технический результат заключается в уменьшении частоты конфликтов запросов на соединение.

Изобретение относится к реализации сети удаленных терминалов. Технический результат – предоставление возможности оператору обмениваться данными с любыми технологическими установками автоматизированной системы управления, связанной с удаленными терминалами в сети, с помощью отдельного удаленного терминала сети.

Изобретение относится к способу и устройству коммутации резервных линий связи для пакетной обработки данных. Технический результат заключается в повышении эффективности использования ресурсов радиосвязи за счет операции синхронизации вторичной атрибутивной информации.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат (ПК) объекта - источника радиоизлучения (ИР), находящегося на стационарном или подвижном объекте.

Изобретение относится к сетям беспроводной связи. Технический результат состоит в устранении потерь ортогональности при передачах поднесущих.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании многопозиционных комплексов радиотехнического наблюдения. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение точности определения местоположения источников квазинепрерывного широкополосного сигнала комплексом радиотехнического наблюдения и уменьшение времени местоопределения источников радиоизлучения.
Изобретение относится к радионавигации и технике связи и может использоваться для определения пространственных координат (ПК) объекта - источника радиоизлучения (ИР), находящегося на стационарном или подвижном объекте.
Изобретение относится к технике связи и может использоваться для определения пространственных координат (ПК) стационарного или подвижного объекта. Достигаемый технический результат - обеспечение однозначного определения ПК объекта, находящегося в любой точке пространства, с высокой точностью.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиопеленгаторах, средствах радиомониторинга, системах фазовой автоподстройки частоты, системах синхронизации различного назначения и аналогичных средствах и системах, в которых осуществляются измерения разности фаз радиосигналов источников радиоизлучения в условиях шума неизвестной интенсивности.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат стационарного или подвижного передающего радиосигналы объекта.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат стационарного или подвижного принимающего радиосигналы объекта.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат стационарного или подвижного принимающего радиосигналы объекта.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат передающего радиосигналы объекта, в том числе подвижного.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах определения направления на цель, в том числе в радиолокации, радионавигации, связи. Достигаемый технический результат - повышение углового разрешения пеленгатором целей.

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано для определения пространственных координат объектов, стационарных или подвижных, и управления их движением в локальных зонах навигации. Достигаемый технический результат - обеспечение однозначного определения ПК без привлечения дополнительной информации. Указанный результат достигается за счет того, что системой n-х наземных станций передают радиосигналы в виде двух гармонических колебаний с соответственно заданными частотами и. Радиосигналы синхронизированно формируют заданным образом в едином центре в системе отсчета времени, связанной с ним, и передают по линиям связи на каждую станцию. При формировании и передаче радиосигналов обеспечивают выполнение заданных в способе условий. На объекте осуществляют прием совокупности аналоговых радиосигналов и преобразуют ее в соответствующую ей цифровую совокупность, каждый цифровой сигнал которой содержит две цифровые составляющие и. Для каждой из этих составляющих формируют квадратурные им цифровые компоненты и. По парам цифровых компонент и определяют в системе отсчета времени, связанной с объектом, моменты времен приема различных n-х радиосигналов и разности моментов времен приема различных двух n-х радиосигналов. По этим разностям и известным на объекте координатам фазовых центров антенн станций однозначно определяют относительные дальности до объекта от указанных фазовых центров антенн станций и по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты фазового центра антенны объекта.

Наверх