Дихотомический мультипликативный разностно-относительный способ определения координат местоположения источников радиоизлучений

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения местоположения источников радиоизлучения. Достигаемый технический результат - определение пространственных координат местоположения источников радиоизлучений (ИРИ) тремя стационарными постами простым способом без привлечения уравнений линий положения. Способ основан на использовании измерений на радиоконтрольных постах значений уровней сигналов на каждой из назначенных частот и пропорциональной зависимости отношений расстояний от поста до источника радиоизлучения и соответствующих им обратных отношений уровней сигналов. Для обработки переданных на базовый пост сигналов предложен дихотомический мультипликативный разностно-относительный способ. В его основе лежит принцип последовательного определения параметров местоположения ИРИ: широты - Xi, долготы - Yi и высоты - Zi по критерию поиска минимума разностей отношений расстояний местоположения ИРИ до постов радиоконтроля, не расположенных на одной прямой, и соответствующих отношений уровней сигналов, измеренных на постах. Координаты вычисляют по методу поразрядного уравновешивания, используя определенные вычислительные выражения. 3 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ), сведения о которых отсутствуют в базе данных (например, государственной радиочастотной службы или государственной службы надзора за связью). Изобретение может быть использовано при поиске местоположения несанкционированных средств радиосвязи как возможных источников помех связи.

Известны способы определения координат ИРИ, в которых используются пассивные пеленгаторы в количестве не менее трех, центр тяжести области пересечения выявленных азимутов которых на фронт прихода волны принимается за оценку местоположения. Основными принципами работы таких пеленгаторов являются амплитудные, фазовые и интерферометрические [1, 2]. К их недостаткам следует отнести высокую степень сложности антенных систем, коммутационных устройств и наличие многоканальных радиоприемников.

Из других известных способов близким аналогом предлагаемого способа по технической сущности и предназначенным для использования при радиоконтроле является способ [3]. Способ предусматривает прием радиосигналов в центральном и не менее чем в двух периферийных пунктах, измерение амплитуды принятых радиосигналов, передачу с периферийных пунктов на центральный пункт измеренных значений амплитуды, преобразование всех измеренных значений амплитуды в функцию пространственной неопределенности, по положению максимума которой определяют местоположение источника. Недостатками этого способа являются:

1) различие по оборудованию центрального и периферийных пунктов (на центральном пункте вдвое большее количество антенн),

2) кроме амплитудного детектирования используется фазовое детектирование для вычисления разности фаз между радиосигналами антенн, принятыми на центральном пункте,

3) координаты определяются только для источников, расположенных на плоскости.

Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип предлагаемого способа, является способ [4]. В этом способе используют не менее четырех стационарных радиоконтрольных постов, расположенных не на одной прямой, один из которых принимают за базовый и, соединяя с остальными М-1 постами линиями связи, на всех постах осуществляют квазисинхронное сканирование по заданным фиксированным частотам настройки, усредняют полученные значения уровней сигналов на каждой из сканируемых частот, а затем на базовом посту для каждого из сочетаний С⁴м (сочетаний из М по 4) на основании обратно пропорциональной зависимости отношений расстояний от поста до источника радиоизлучения и соответствующих им разностей уровней сигналов, выраженных в дБ, составляют три уравнения, каждое из которых описывает окружность равных отношений, по параметрам двух любых пар которых и определяют текущее среднее значение широты и долготы местоположения источника радиоизлучения.

К недостаткам этого способа следует отнести:

1) Большое количество постов N≥4, удорожающее реализацию способа, но не повышающее точности определения координат.

2) Наличие сингулярности круговых линий положения (окружностей Аполлония Пергского) при близких значениях уровней сигналов в точках их измерения, приводящее к большой погрешности определения координат местоположения ИРИ.

3) Область применения ограничена только наземными ИРИ.

Реализация большинства способов определения координат местоположения источников радиоизлучения (КМП ИРИ) связана с использованием уравнений линий положения, получаемых из уравнений либо окружности Аполлония Пергского, либо гиперболы, эллипса или овала Кассини. Аналитическое решение задач определения КМП ИРИ с помощью этих уравнений вызывает затруднения и приводит к появлению ошибок сингулярности. Действительно в изобретении [4] координаты центра х_ав=(x_a-x_в n_ав²)/(1-n_ав²), y_ав=(y_а-y_в n_ав²)/(1-n_ав²) и квадрат радиуса окружности Аполлония R_ав²=n_ав²[(x_a-x_в)²+(y_а-y_в)²]/(1-n_ав²)² устремляются в бесконечность при n=1 (когда уровни сигналов ИРИ в пунктах А и В равны), что приводит к большой погрешности в определении координат ИРИ. Поэтому автором предложен способ не ориентированный на какие-либо линии положения и является менее сложным и более универсальным, основанным на применении численных методов. С целью упрощения решения этих задач в настоящей заявке предложена модификация разностно-энергетического принципа. В его основе лежит принцип последовательного определения параметров местоположения ИРИ: широты - Xi, долготы - Yi и высоты - Zi по критерию минимума разностей отношений расстояний местоположения ИРИ до трех постов радиоконтроля и соответствующих обратных отношений уровней сигналов, измеренных на постах. Затем усредненные значения уровней сигналов с двух постов передают на базовый пост для вычисления координат. Координаты могут вычисляться по методу дихотомии, например, методу поразрядного уравновешивания. Для его использования априори должны быть известны диапазоны D значений искомых величин. Эти диапазоны обычно известны исходя из параметров общей зоны электромагнитной доступности используемых трех постов радиоконтроля. В соответствии с алгоритмом поразрядного уравновешивания первоначально задают среднее из диапазона D значение определяемой величины (например, широты) при фиксированных, но лежащих в известных диапазонах значений, двух других - долготы и высоты. Вычисляют расстояния от i-го возможного местоположения ИРИ до каждого j-го поста, . Затем вычисляют парные отношения этих расстояний , , . Эти отношения позволяют исключить зависимость вычисления координат местоположения от мощности ИРИ. Полученные отношения сравнивают с обратными отношениями уровней сигналов: , . Например, для постов А и В эту разность определяют как f_ab=(n_abi-n_ba). Для В и С - как f_bc=(n_bci-n_cb). Для С и А - как f_ca=(n_cai-n_ас) и т.д. Если разность отношений меньше нуля, то к первоначальному значению широты добавляют 1/4 часть диапазона. В противном случае из первоначального значения широты вычитают 1/4 часть диапазона ее значения. Затем опять производят вычисление расстояний до постов и оценку результатов сравнения, как описано выше. При этом добавляют (или вычитают) уже 1/8 часть диапазона, затем 1/16 часть и т.д. Такие итерации продолжают до тех пор, пока результат сравнения не окажется по модулю меньше заранее заданного значения погрешности дискретизации каждого параметра местоположения , где m - количество итераций. На фиг. 1 показано изменение этих функций для всех трех пар постов при последовательном равномерно-ступенчатом (для наглядности) поиске. После этого фиксируют полученное значение параметра. Затем аналогично вычисляют значение долготы при найденной широте и фиксированной высоте, а затем и значение высоты местоположения ИРИ. Отметим, что данный способ для одной пары постов может иметь неоднозначность результата. Действительно, однозначно определяется высота, так как симметричных ей относительно базы отрицательных высот не существует. Не могут существовать симметричные относительно базы и те значения широт и долгот местоположения ИРИ, которые оказываются в недоступных для размещения местах (например, в водоемах, болотах и др.). В остальных случаях неоднозначность (двузначность) нужно устранять. И устраняют ее путем нахождения экстремумов для каждой из двух функций парных произведений разностей отношений (для широты и долготы), например, для пар А, В и В, С: F_2ab.bc=(n_abi-n_ba)(n_bci-n_cb), для А, В и А, С - F_2ab.ca=(n_abi-n_ba)(n_aci-n_ca), для В, С и А, С - F_2bc.са=(n_bci-n_cb)(n_aci-n_ca). На фиг. 2 показано поведение этих трех функций с их экстремумами при последовательном равномерно-ступенчатом (для наглядности) поиске. Затем, значения параметров, полученные в экстремальных точках, усредняют и принимают за окончательные. Но и парные произведения могут давать неоднозначность из-за симметрии местоположения ИРИ относительно базы постов. Однозначность определения местоположения ИРИ дает точка перегиба функции произведения трех разностей отношений F_3ab.bc,са=(n_abi-n_ba)(n_bci-n_cb)(n_aci-n_ca). Графическое изображение такой функции приведено на фиг. 3. Дихотомически, как указано выше, последовательно изменяют значения широты, при неизменном значении долготы, до тех пор, пока результат сравнения F3_ab.bc,са не окажется по модулю меньше заранее заданного значения погрешности дискретизации h широты местоположения ИРИ. После фиксации значения широты таким же образом находят долготу, а затем и высоту. Порядок определения параметров местоположения ИРИ может быть произвольным.

В предлагаемом способе устранены недостатки прототипа:

1. Функции произведения разности отношений конечных величин (расстояний и обратных уровней сигналов) являются гладкими и не создают сингулярных погрешностей.

2. Определяют все координаты местоположения ИРИ (широта, долгота и высота) во всем пространстве, попадающем в зону электромагнитной доступности трех постов радиоконтроля.

3. Количество постов сокращено с четырех до трех. Все это указывает на наличие новизны предложенного способа.

Следует отметить, что способ является наиболее универсальным и не требует сложных вычислений.

Литература

1. Справочник по радиоконтролю. Международный союз электросвязи. - Женева: Бюро радиосвязи. 2002. - 585 с.

2. Корнеев И.В., Ленцман В.Л. и др. Теория и практика государственного регулирования использования радиочастот и РЭС гражданского применения. Сборник материалов курсов повышения квалификации специалистов радиочастотных центров федеральных округов. Книга 2. - СПб.: СПбГУТ. 2003.

3. Патент RU №2292560, опубл. 27.01.2007 г.

4. Патент RU №2423721, опубл. 10.07.2011 г. Бюллетень №19.

Дихотомический мультипликативный разностно-относительный способ определения координат местоположения источников радиоизлучения, основанный на измерении уровней сигналов радиоизлучений на назначенных частотах в нескольких точках пространства радиоприемными устройствами стационарных постов радиоконтроля, не расположенных на одной прямой, один из которых, принятый за базовый, соединен линиями связи с остальными постами и вычисляет значение широты и долготы местоположения источника радиоизлучения по измеренным и усредненным на постах уровням сигналов, отличающийся тем, что для измерения уровней сигналов радиоизлучений используют три стационарных поста радиоконтроля и на базовом посту вычисляют произведение двух и трех разностей отношений расстояний до стационарных постов радиоконтроля, полученных для заданных из известного диапазона значений широт, долгот и высот, являющихся параметрами местоположения искомого источника радиоизлучения, и соответствующих обратных попарных отношений усредненных уровней сигналов источника, дихотомически изменяя последовательно значение одного из параметров предполагаемого его местоположения при неизменных значениях двух других до достижения произведением значения, близкого к экстремальному и соответствующего заданной погрешности дискретизации значения каждого параметра местоположения, и фиксации после трехкратного усреднения значения каждого параметра местоположения источника как окончательного.