Однопозиционный способ определения координат местоположения источников радиоизлучения

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). Достигаемый технический результат - определение КМПИРИ одним стационарным постом радиоконтроля (СРКП) и n, равном или более трех виртуальных постов (ВП). В основе способа лежит энергетический принцип, заключающийся в измерении (или вычислении) напряженности поля радиоизлучающих объектов в нескольких точках пространства с известными координатами их местоположения. При этом напряженность поля ИРИ на СРКП измеряют, а в n ВП вычисляют, задав координаты и параметры его виртуальной антенны - диаграммы направленности и высоты подвеса. При использовании n ВП они «размещаются» не на одной прямой с СРКП и «отстоят» от него по широте и (или) по долготе на несколько угловых минут. Вычисление напряженности на ВП от ИРИ основано на принципе корреляционной зависимости напряженностей полей, создаваемых в заданном диапазоне частот множеством источников радиоизлучения, находящихся, согласно базе данных, в зоне электромагнитной доступности СРКП и вычисляемых, как для СРКП, так и для всех заданных ВП по определенной программе. 2 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ), сведения о которых отсутствуют в базе данных (например, государственных радиочастотных служб или государственных служб 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, а также необходимость в быстродействующих системах обработки информации.

Наличие в федеральных округах государственной радиочастотной службы взаимосвязанных через центральный пункт разветвленной сети радиоконтрольных постов, оборудованных средствами приема радиосигналов, измерения и обработки их параметров, позволяет дополнить их функции и задачами определения местоположения тех ИРИ, сведения о которых отсутствуют в базе данных, не прибегая к использованию сложных и дорогостоящих пеленгаторов. Известен способ [3], заключающийся в приеме сигналов источников радиоизлучений в полосе частот ΔF перемещающимся в пространстве измерителем. При перемещении измерителя измеряют уровни сигналов в n (n≥4) точках, последовательно вычисляют n уровней сигнала, по вычисленным отношениям строят n круговых линий положения и определяют координаты источников радиоизлучения как точку пересечения n круговых линий положения. Для повышения достоверности определения местоположения используют статистику.

Основные недостатки прототипа:

1. Алгоритмическая противоречивость и незавершенность его реализации во времени. Действительно, утверждение о нахождении координат источников радиоизлучения как точки пересечения n (n≥4) круговых линий положения вступает в противоречие с необходимостью уточнения этих координат статистическим путем. Так как n в формуле изобретения сверху не ограничено, то координаты ИРИ как координаты точки пересечения неограниченного количества круговых линий положения будут определяться с неограниченно высокой точностью. И, следовательно, в статистическом уточнении не нуждаются. Но, если утверждается, что необходимо статистическое уточнение местоположения, то тем самым отрицается возможность пересечения в одной точке неограниченного количества круговых линий положения. И последнее ближе к действительности, так как приборов и способов измерения с неограниченно высокой точностью не существует.

2. Принципиальная трудность нахождения координат точки пересечения n (n≥4) круговых линий положения путем непосредственного решения системы уравнений, их описывающих. Действительно, общее уравнение окружности в декартовых прямоугольных координатах имеет вид: х2+y2+Ах+By+С=0.

И при этом «все окружности, проходящие через действительные или мнимые точки пересечения двух окружностей, определяются уравнением:

,

где λ - параметр».

Пусть окружности заданы уравнениями:

,

,

.

Эта система трех уравнений любых окружностей, в том числе и Аполлония, о котором упоминается в [3], имеет одно решение, то есть окружности пересекаются в одной точке только в том случае, если детерминант системы равен нулю. А это возможно, согласно источнику [4, с. 66], если одно из трех уравнений получено из двух других указанным образом. При этом коэффициенты этого производного уравнения, пусть для определенности это будет уравнение Scd, должны определяться как:

А3=(A1+λA2)/(1+λ), В3=(B1+λВ2)/(1+λ), C3=(C1+λС2)/(1+λ).

Детерминант такой системы

действительно равен нулю, а следовательно, третья окружность может пройти через точку пересечения первых двух окружностей только при строго определенной связи с ними.

Предыдущее утверждение подкрепляется и положением, основанным на том, что дуги окружностей в окрестности точки их пересечения (или касательные к окружностям в этой точке) могут рассматриваться как три пересекающиеся прямые. В этой связи, согласно [4, с. 59, п. g], высказывание: «Для того, чтобы три прямые A1x+B1y+C1=0, А2х+В2y+С2=0, А3х+В3y+С3=0 пересекались в одной точке или были параллельны, необходимо и достаточно, чтобы

,

т.е. чтобы левые части уравнений были линейно зависимы», - действительно подкрепляет предыдущее утверждение. Решение системы уравнений трех окружностей без наложения указанных условий может быть достигнуто, но только на других принципах, один из которых как наиболее простой предлагается авторами настоящей заявки;

3. Низкая вероятность определения координат местоположения кратковременно излучающих ИРИ, работающих на одной и той же несущей частоте, например радиоэлектронные средства связи (РЭС) производственно-технологического назначения с симплексным режимом работы, так как за время перемещения в новую точку измерения может прекратить работу один и начать работу на этой же частоте другой и, естественно, с другими координатами местоположения, отличающимися от предыдущих;

4. Ограничение области применения только стационарными ИРИ и только теми, продолжительность излучения которых превышает время объезда мобильным измерителем четырех пунктов измерения;

5. Большая неопределенность, и даже принципиальная невозможность определения координат местоположения мобильных ИРИ, так как за время перемещения измерителя в новую точку для измерения уровня сигналов мобильный ИРИ может существенно изменить свое местоположение;

6. Низкое быстродействие и высокая трудоемкость получения статистики, обусловленные большими временными затратами на перемещение мобильного измерителя между точками измерения (не менее, чем в четырех точках пространства) для получения данных об уровнях сигналов;

7. Принципиально меньшая, чем у СРКП, зона электромагнитной доступности, так как высота подвеса их антенн в 10-15 раз ниже, чем у стационарных, что обусловливает низкую эффективность способа определения местоположения ИРИ мобильным измерителем.

Известен угломерно-корреляционный способ оценивания местоположения наземных источников радиоизлучения [5]. Угломерно-корреляционный способ оценивания координат местоположения наземных источников радиоизлучения (ИРИ), заключающийся в том, что на борту самолета-пеленгатора одновременно измеряют собственные координаты местоположения x(k), угол курса ψ(k), пеленг ИРИ (φи(k)), отличающийся тем, что бортовая вычислительная система (БВС) осуществляет разбиение участка местности вокруг ИРИ с грубо определенными прямоугольными координатами xц, zц на I×J прямоугольников с координатами центров xi, zi; для каждого прямоугольника и всех точек пеленгации рассчитывают ожидаемые значения пеленгов, затем осуществляют поиск элементарного участка местности возможного местоположения ИРИ, которому соответствует совокупность измеренных значений пеленгов определяют текущее местоположение ИРИ по величине функционала качества, характеризующего степень соответствия текущей измеренной совокупности пеленгов и их ожидаемых расчетных значений, соответствующих элементарным участкам местности, координаты которых известны, при этом в качестве функционала качества используется экстремум взаимно-корреляционной функции реализации φи(k) и φij(k), определяющий совпадение текущего местоположения ИРИ с измеренным элементарным участком местности, координаты которого известны, или взвешенные суммы квадратов разностей текущих измеренных и расчетных значений пеленгов φи(k) и φij(k), при этом критерием совпадения текущей реализации пеленгов и их расчетных значений является минимум функционала качества

.

Недостатки этого аналога:

1. Способ рассчитан только на применение на борту самолета-пеленгатора.

2. Требуется измерение собственных координат местоположения самолета-пеленгатора.

3. Требуется предварительное грубое определение местоположения ИРИ.

4. Требуется разбиение участка местности вокруг предполагаемого местоположения ИРИ.

5. Требуется измерение пеленгов на каждый участок местности возможного местоположения ИРИ.

Известно также техническое решение [6], которое относится к радиолокации, в частности к определению местоположения источников радиоизлучений. Техническим результатом является обеспечение возможности определения координат источников радиоизлучений однопозиционной наземной радиолокационной станцией и независимо от условий местности.

Указанный технический результат достигается также тем, что в радиолокационной станции, содержащей пассивный канал обнаружения, включающий последовательно соединенные антенну и приемник, а также блок вычисления координат, содержащий последовательно соединенные устройство измерения сдвига принимаемых сигналов во времени и устройство вычисления координат.

Суть предлагаемого способа состоит в следующем.

Для определения координат источника радиоизлучения используют два канала: пассивный и активный каналы обнаружения. Вся система размещена на одной позиции.

Антенна пассивного канала обнаружения направлена на источник и принимает его прямое радиоизлучение. Для измерения дальности до источника радиоизлучения с угловыми координатами εИ (угол места) и βИ (азимут) используется объект, отражающий радиоизлучение этого источника При этом с помощью активного канала обнаружения работающего в пассивном режиме, осуществляются операции поиска, обнаружения и измерения угловых координат (угла места - εО и азимута - βО) объекта, отражающего излучение, коррелированное с прямым излучением (т.е. осуществляется поиск отражающего объекта). По положению максимума взаимной корреляционной функции излучений, принятых двумя каналами обнаружения, определяют величину временного сдвига Δt этих излучений.

После чего осуществляется зондирование направления с координатами εO, βO и измеряется дальность R0 до объекта, при необходимости уточняются координаты εO, βO.

Недостатками этого аналога являются:

1. Способ может применяться только к цифровым (дискретным) видам связи.

2. Необходимы два канала: активный и пассивный, что совершенно недопустимо в военных условиях применения из за демаскировния средства.

3. Необходимость измерения сдвига принимаемых сигналов во времени требует системы жесткой синхронизации.

4. Необходимо осуществлять операции поиска, обнаружения и измерения угловых координат (угла места - εO и азимута - βO) объекта, отражающего излучение.

Существенно ближе к предлагаемому способу является [7].

Способ [7] относится к пассивным системам радиоконтроля и предназначен для определения координат источников радиоизлучений УКВ-СВЧ диапазонов, использующих цифровые (дискретные) виды сигналов из одного РКП. Способ определения местоположения ИРИ основан на измерении направления на ИРИ, оценке относительной временной задержки, с последующим вычислением координат ИРИ, как точки пересечения линии направления на источник и гиперболической линии положения. Все измерения производятся на одном приемном пункте. При этом оценка относительной временной задержки определяется путем вычисления времени расхождения прихода сигнала от источника относительно опорной временной шкалы, сформированной на основе оценки временной структуры сигнала источника, местоположение которого полагается известным, определяемой на основе сравнения оценок расхождения времени прихода сигналов по времени от источников с известным и оцениваемым местоположением, функционирующих в единой системе синхронизации цифровыми (дискретными) видами сигналов.

Недостатками способа являются:

1). Способ распространяется только на цифровые (дискретные) виды средств связи с четко выраженным периодом следования импульсов тактовой (цикловой) синхронизации, функционирующие в единой системе синхронизации, временные параметры которой и точность их определения существенно влияют на оценку относительной временной задержки, а, следовательно, и точность определения координат искомого ИРИ.

2) Отсутствует решение по повышению точности оценки определения координат искомого ИРИ, например, путем увеличении числа корреспондентов из состава радиосети и усреднения результатов вычисления координат искомого ИРИ применительно к каждому из корреспондентов радиосети.

3) Должна быть априорно известна (либо доступна оцениванию) частотно-временная структура сигнала (частота (период) следования импульсов тактовой (цикловой) синхронизации). При этом, оценивание частотно-временной структуры сигнала приводит к появлению дополнительной погрешности вычисления координат искомого ИРИ и появлению дополнительных временных и аппаратурных затрат при внедрении способа.

4) Область применения способа ограничивается тем, что для реализации способа необходимо иметь:

а) особое радиоприемное устройство, в котором дополнительно должен быть введен автокоррелятор,

б) пеленгатор, удовлетворяющий требованиям по достаточной точности пеленгования, исходя из точности определения координат искомого ИРИ.

Наиболее близким по своей технической реализуемости к заявляемому способу является способ [8], выбранный за прототип.

Способ определения координат местоположения источников радиоизлучения, основанный на измерении параметров радиоизлучений в нескольких точках пространства сканирующими радиоприемными устройствами и преобразованных в систему уравнений окружностей равных отношений, отличающийся тем, что для измерения параметров радиоизлучений используют N, не менее четырех, стационарных радиоконтрольных постов, расположенных не на одной прямой, один из которых принимают за базовый, снабжая его дополнительным специальным программным обеспечением и соединяя с остальными N-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 C4N (сочетаний из N 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.

Основными недостатками прототипа являются:

1. Необходимость иметь не менее 4-х СРКП, требующих обеспечения радиосвязи между ними, что снижает надежность и эффективность такой системы определения КМПИРИ, а также демаскирует параметры ее функционирования и местоположение перед иностранной радиоразведкой.

2. Нет простого решения по повышению точности определения КМПИРИ путем, например, статистических накоплений.

Целью настоящего изобретения является разработка способа определения координат местоположения ИРИ, включая мобильные ИРИ или радиоэлектронные средства связи производственно-технологического назначения с симплексным кратковременным режимом работы, не требующего дополнительных аппаратных затрат для его реализации на существующих радиоконтрольных постах Радиочастотной службы Российской Федерации, в котором устранены недостатки прототипа.

Эта цель достигается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом: способ определения координат местоположения источников радиоизлучения (КМПИРИ), основанный на измерении и вычислении напряженности поля на радиоконтрольных постах в нескольких точках пространства, и отличительных:

способ, основанный на измерении и вычислении напряженности поля на радиоконтрольном посту РКП и в нескольких точках пространства, отличающийся тем, что для вычисления и измерения напряженности поля применяют один стационарный ралиоконтрольный пост (СРКП) на расстоянии нескольких угловых минут относительно него задают координаты местоположения n, более или равно 3, виртуальных постов (ВП), не лежащих с ним на одной прямой, вычисляют по специализированной программе напряженность поля в месте расположения n ВП и СРКП, создаваемую каждым из базовых источников радиоизлучения заданного диапазона частот, находящихся в зоне электромагнитной доступности (ЭМД) СРКП, устанавливают корреляционную зависимость (КЗ) между напряженностью поля для пары постов, состоящей из СРКП и каждого из n ВП, измеряют на первом напряженность поля от искомого ИРИ и по ее величине и КЗ, определяют величину напряженности поля на соответствующем ВП, а затем на РКП для каждого из сочетаний (сочетаний из n+1 по 4) на основании зависимости отношений расстояний от СРКП или ВП до ИРИ и соответствующей ей обратно пропорциональной зависимости напряженностей сигналов, составляют систему из трех уравнений окружностей равных отношений, при решении которой и определяют текущее значение широты и долготы координат радикального центра окружностей равных отношений, являющегося одновременно и степенью точки этих окружностей и КМПИРИ, а затем корректируют полученные координаты радикального центра по калибровочной характеристике каждого из сочетаний , представляющей зависимость вычисленных координат радикального центра от истинных координат источников радиоизлучений, известных по соответствующей базе данных применяемого СРКП, как функцию ошибки определения координат радикального центра, усредняют по всем сочетаниям и фиксируют, как окончательные координаты местоположения искомого ИРИ.

Задача определения координат местоположения источника радиоизлучения может быть представлена в следующем виде. По известным координатам постов (не менее четырех) и полученным на этих постах результатам измерения или вычислений напряженностей сигналов необходимо вычислить географические координаты местоположения источника радиоизлучения.

Для определения КМПИРИ априори должна быть известна несущая частота его радиоизлучений, что достигается (для любых методов) на этапе сканирования диапазонов или полос частот с определенным шагом радиоприемным устройством или с помощью спектроанализатора, позволяющего точнее определить значение несущей частоты в полосе радиоизлучения ИРИ.

Расчет может базироваться на определенной модели распространения радиоволн, удовлетворяющей заданному диапазону частот, условиям распространения и другим требованиям, например по точности. Могут быть использованы статистические и детерминистские модели. Автоматизированный расчет, например затухания при распространении радиоволн по так называемым «кривым распространения» [1], затруднен, так как требует аппроксимации этих кривых, например, полиномом n-й степени. Расширение области применения полученных аналитических зависимостей путем калибровки их параметров с использованием цифровых карт местности (ЦКМ) требует знания трасс распространения радиоволн. Последнее делает непригодным использование таких зависимостей для целей координатометрии источников радиоизлучений, например, при поиске незаконно действующих передатчиков (НДП). Анализ статистических моделей показывает, что последние обладают рядом недостатков, в частности, это зависимость от исходных условий получения модели, невозможность применения для сред со значительной нерегулярностью, наличием лишь косвенного учета механизма многократной дифракции. Детерминистским моделям также присущи недостатки. Ограничение применения детерминистских моделей заключается в невозможности предусмотреть разнообразие условий распространения радиоволн. В последнее время используют детерминистские модели со статистической обработкой экспериментальных результатов и дальнейшей калибровкой параметров модели по этой статистике, в том числе и с использованием ЦКМ.

На фигуре 1 представлена схема расположения одного стационарного поста радиоконтроля, n ВП с координатами по широте и долготе и неизвестный ИРИ.

На фигуре 2 представлен рисунок, поясняющий расчет КМПИРИ как координат точки пересечения радикальных осей окружностей равных отношений.

Для осуществления способа используем детерминистскую модель со следующими допущениями:

1. Используем уравнения распространения сигналов в свободном пространстве [1].

2. Параметры и характеристики приемников постов радиотехнических измерений идентичны, а их изменения, а также изменения параметров и характеристик наблюдаемых РЭС и условий распространения сигналов на интервале измерений отсутствуют.

3. Диаграммы направленности приемных и передающих антенн в горизонтальной плоскости круговые.

Для наглядности используем рисунок, фиг. 1. На фигуре 1: А - точка местоположения СРКП с географическими координатами по широте ха, и долготе yа; В, С, Д - расположение виртуальных постов с координатами xв, xс, xd и долготе yа, yв, yс, yd; Е - неизвестное местоположение ИРИ; rа, rв, rc, rd - неизвестное расстояние от СРКП и ВП до ИРИ.

В основу расчета положено утверждение [8-10] о том, что КМПИРИ совпадает с радикальным центром (РЦ) окружностей равных отношений (окружностей Аполлония Пергского), являющимся одновременно и степенью точки этих окружностей, равной единице. Для получения РЦ необходимо иметь три окружности равных отношений, которые могут быть получены их четырех исходных окружностей, как окружностей положения искомого ИРИ, Эти исходные окружности своими центрами имеют точки местоположения СРКП и ВП и радиусы, обратно пропорциональные напряженностям поля в их центрах.

Напряженность поля в любой точке изотропной среды связана [11] с мощностью излучающего объекта, в том числе и искомого ИРИ, и его расстоянием R от точки местоположения излучателя формулой:

.

Здесь Р - мощность ИРИ в кВт, η - коэффициент полезного действия антенны, G - коэффициент усиления антенны относительно изотропного излучателя, R - расстояние, в км.

Выражение (5) запишем, для упрощения, в виде:

где - эквивалентная мощность передатчика. Отсюда, для двух точек a и b, получаем: , что отношения напряженностей в точках а и b при приеме сигналов не зависят от мощности передатчика и статистически равны отношению расстояний или отношению времен распространения от ИРИ до точек приема сигналов. Как корреляционно связаны продолжительности распространения сигналов, пропорциональные расстояниям от ИРИ до точек приема сигналов, так и напряженности в точках приема корреляционно, а не функционально, детерминировано, связаны друг с другом. Почему корреляционно, а не функционально? Трассы распространения разные, среда распространения не является изотропной. Расстояния от ИРИ до точек приема не только определяются координатами точек местоположения ИРИ и приема сигналов, но и и особенностью трассы распространения радиоволны: препятствиями, переотражениями и.т.п.

В предложенном способе для измерения напряженности сигналов используется только один СРКП. А остальные измерители, использующиеся в прототипе заменены на виртуальные посты (ВП). Это такие посты, в количестве n (не менее трех), местоположение которых заранее задается относительно СРКП (на расстоянии нескольких угловых минут и не расположенных на одной прямой с ним). Напряженность на этих постах вычисляется по результатам измерения напряженности на СРКП и с использованием корреляционной зависимости (КЗ), полученной в результате расчета напряженности по какой либо известной программе, например, по программе ПИАР [12]. Расчет напряженности на СРКП и всех n ВП ведется от известных радиопередатчиков, по базе данных применяемого СРКП, входящих в зону его электромагнитной доступности. На основании этих расчетов получают n корреляционных зависимостей напряженностей на каждом из n ВП от напряженности на СРКП. По результатам измерения на СРКП напряженности от искомого ИРИ определяют, используя полученные КЗ, напряженность поля на каждом из n ВП.

Запишем уравнения исходных окружностей положения ИРИ через их радиусы и географические координаты в виде:

,

,

,

.

Найдем окружности равных отношений путем деления полученных выше уравнений: ,

,

,

где: ,, - квадраты отношений напряженностей сигналов в точках А, В, С и Д, в дБ/мкВ/м.

Отношение напряженностей поля сигналов, согласно (5), делает решение задачи определения координат местоположения излучающих объектов инвариантным относительно мощности этих РЭС и снижает погрешность координатометрии от флюктуации напряженности сигналов.

Коэффициенты n с принятыми допущениями зависят только от взаимного расположения пунктов А, B, С и Д и наблюдаемого ИРИ. Преобразовав выражения (10)-(13) в соответствии с введенными обозначениями, получим:

,

,

,

где: xав, yав, Rав - координаты и радиус окружности отношений S,

xвс, yвс Rвс - координаты и радиус окружности отношений Sвс,

xcd, ycd, Rcd - координаты и радиус окружности отношений Scd,

определяются следующими соотношениями:

xав=(xа-xвnав2)/(1-nав2),

yав=(yа-yвnав2)/(1-nав2),

RaB2=nав2[(ха-xв)2+(yа-yв)2]/(1-nав2)2,

xвс=(xв-xсnвс2)/(1-nвс2),

yвс=(yв-yсnвс2)/(1-nвс2),

Rвс2=nвс2[(хв-xс)2+(yв-yс)2]/(1-nвс2)2,

xcd=(xс-xdncd2)/(1-ncd2),

ycd=(yс-ydncd2)/(1-ncd2),

Rcd2=ncd2[(xc-xd)2+(yc-yd)2]/(1-ncd2)2.

Координаты местоположения ИРИ определяют, как координаты точки пересечения радикальных осей окружностей с указанными выше радиусами и центрами.

Это определение поясняется рисунком на фигуре 2, где: А, В, С, Д - местоположение СРКП и ВП, Saв, Sвc, Scd - окружности равных отношений с центрами ОSав, ОSвс, ОScd и соответственно с координатами хав, yав; хвс, yвс; xcd, ycd; 1, 2 - точки пересечения окружностей Saв, Sвс с проходящей через них радикальной осью; 3, 4 - точки пересечения окружностей Sав, Scd с проходящей через них радикальной осью.

При λ=-1 уравнение (1), согласно [4, с. 66], превращается в уравнение Прямой ,

которая называется радикальной осью двух окружностей. Для реализации этого варианта преобразуем уравнения окружностей (14)…(16) к виду (2)…(4).

Теперь коэффициенты уравнений окружностей (2)…(4) принимают значения:

A1=-2xав, В1=-2yав, C1=xав2+yав2-R2,

А2=-2хвс, В2=-2yвс, С2вс2+yвс2-Rвс2,

А3=-2xcd, В3=-2ycd, С3=xcd2+ycd2-Rсd2.

Так для пары окружностей S и Sвc это уравнение радикальной оси имеет вид (17), а для другой пары окружностей, например, S и Scd получают аналогичное (12) выражение вида:

.

Совместное решение уравнений (17) и (18) дает значения координат радикального центра, то есть координат местоположения ИРИ в виде:

,

Полученные значения координат местоположения ИРИ являются текущими для одного набора массивов напряженностей ИРИ.

Для повышения точности определения координат местоположения по уравнениям (19) и (20) используют статистическую обработку по нескольким массивам усредненных результатов измерений и вычислений напряженностей ИРИ. Как видно из предыдущего, каждая четверка постов, состоящая из трех ВП и одного СРКП позволяет получить три окружности равных отношений, которые дают три значения РЦ. При количестве виртуальных постов n, более трех, в статистической обработке используют результаты расчета РЦ для всех возможных сочетаний . В качестве пояснения, приведем расчет сочетаний для количества виртуальных постов n более трех.

Из таблицы 1 видно, что среднее значение ошибки при при одном СРКП и количестве виртуальных постов n=11 и может быть снижено по сравнению с прототипом и необходимыми для него четырьмя СРКП в 1485 раз, а среднеквадратическая ошибка - снижена более чем в 36 раз.

Кроме использования статистики, для повышения точности определения координат РЦ используют и корректировку результатов расчета по калибровочной характеристике пар постов СРКП - ВП. Для этого после вычисления напряженности поля в точках размещения n ВП и СРКП для получения КЗ, вычисляют, по рассмотренной выше методике, координаты этих же передатчиков, местоположение которых по базе данных используемого СРКП известно. В результате, получают зависимость вычисленных координат РЦ от, известных по базе данных, координат местоположения передатчиков, то есть получают, для каждой пары ВП-СРКП так называемую калибровочную характеристику (КХ). Данные этой КХ используют для корректировки результатов расчета координат РЦ. Откорректированные и усредненные координаты РЦ фиксируют уже как окончательные КМПИРИ.

Реализация прототипа предусматривает выполнение следующих операций:

1. Измерение напряженности поля (уровня сигнала) на четырех постах.

2. Вычисление трех разностей отношений уровней сигналов.

3. Вычисление координат радикального центра.

4. Усреднение вычисленных значений координат радикального центра.

Реализация предложенного способа предусматривает выполнение следующих операций:

1. Задание координат местоположения n ВП.

2. Вычисление напряженности поля на СРКП и n ВП по специализированной программе, например, ПИАР.

3. Получение корреляционных зависимостей для каждого из n ВП.

4. Измерение на СРКП напряженности поля ИРИ.

5. Вычисление по измеренной на СРКП напряженности поля и корреляционным зависимостям напряженности поля искомого ИРИ на n ВП.

6. Вычисление трех квадратов отношений напряженностей поля для каждой из четверки сочетаний .

7. Вычисление координат радикального центра.

8. Получение для каждого из сочетаний калибровочных характеристик.

9. Корректировка координат радикального центра по калибровочным характеристикам.

10. Усреднение откорректированных координат радикального центра для получения КМПИРИ.

Приведем таблицу 2 совпадений и отличий операций прототипа и предложенного способа.

Предложенный способ, по принципу работы и отсутствию средств радиосвязи для своего функционирования, является пассивным, наиболее скрытным и, следовательно, наименее уязвимым для обнаружения средствами радио разведки. Способ для своей реализации является предельно минимальным по количеству оборудования, размещенном на одной позиции. Отличается от прототипа количеством вновь введенных операций и простотой алгоритма обработки. Способ позволяет без каких-либо затрат повышать точность определения КМПИРИ, увеличивая количество виртуальных постов.

Таким образом, предложенный способ позволяет устранить недостатки прототипа и определять местоположение любых источников ИРИ, включая мобильные ИРИ или радиоэлектронные средства связи производственно-технологического назначения с симплексным кратковременным режимом работы. Отсутствие принципиальных ограничений по быстродействию, низкая стоимость внедрения способа, не требующего дополнительных аппаратных затрат для его реализации на существующих радиконтрольных постах Радиочастотной службы Российской Федерации, прозрачность алгоритма определения местоположения ИРИ как радикального центра окружностей равных отношений, свидетельствуют о высокой технико-экономической эффективности предложенного способа.

Источники информации

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 №2306579, опубл. 20.09.2007 г.

4. Е. Корн и Т. Корн. Справочник по математике. Для научных работников и инженеров. / Под ред. Арамановича И.Г. - М.: «Наука». 1968. - 720 с.

5. Угломерно-корреляционный способ оценивания координат местоположения наземных источников радиоизлучения. Патент РФ №2458358. Авторы: Верб B.C., Гандурин В.А., Косогор А.А., Меркулов В.И., Миляков Д.А., Тетеруков А.Г., Чернов B.C.

6. Способ определения координат источника радиоизлучения и радиолокационная станция для его реализации. Патент РФ №2217773. Автор(ы): Беляев Б.Г., Голубев Г.Н., Жибинов В.А., Кисляков В.И., Лужных С.Н.

7. Способ местоопределения источников радиоизлучений. Патент РФ №2248584 С2. Автор(ы): Лузинов В.А. (RU), Устинов К.В. (RU).

8. Способ определения координат местоположения источников радиоизлучений. Патент РФ №2423721 С2. Авторы: Логинов Ю.И., Екимов О.Б.

9. Я.П. ПОНАРИН ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ. Том 1. ПЛАНИМЕТРИЯ, ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЛОСКОСТИ. Москва. Издательство МЦНМО, 2004.

10. Логинов Ю.И. Координатометрия при радиоконтроле. Пермь, 2015 г.

11. РЕКОМЕНДАЦИЯ МСЭ-R Р.525-2* (*3-я Исследовательская комиссия по радиосвязи внесла в 2000 году в настоящую Рекомендацию редакционные поправки в соответствии с Резолюцией МСЭ-R 44) Расчет ослабления в свободном пространстве.

12. Проектирование и анализ радиосетей. Описание и инструкция по эксплуатации. Ярославль, 2009.

Однопозиционный способ определения координат местоположения источников радиоизлучения (КМПИРИ), основанный на измерении и вычислении напряженности поля на радиоконтрольном посту РКП и в нескольких точках пространства, отличающийся тем, что для вычисления и измерения напряженности поля применяют один стационарный радиоконтрольный пост (СРКП), на расстоянии нескольких угловых минут относительно него задают координаты местоположения n≥3 виртуальных постов (ВП), не лежащих с ним на одной прямой, вычисляют напряженность поля в месте расположения n ВП и СРКП, создаваемую каждым из базовых источников радиоизлучения заданного диапазона частот, находящихся в зоне электромагнитной доступности (ЭМД) СРКП, устанавливают корреляционную зависимость (КЗ) между напряженностью поля для пары постов, состоящей из СРКП и каждого из n ВП, измеряют на первом напряженность поля от искомого ИРИ и по ее величине и КЗ определяют величину напряженности поля на соответствующем ВП, а затем на РКП для каждого из сочетаний (сочетаний из n+1 по 4) на основании зависимости отношений расстояний от СРКП или ВП до ИРИ и соответствующих ей обратно пропорциональной зависимости напряженностей сигналов, составляют систему из трех уравнений окружностей равных отношений, при решении которой и определяют текущее значение широты и долготы координат радикального центра окружностей равных отношений, являющегося одновременно и степенью точки этих окружностей и КМПИРИ, а затем корректируют полученные координаты радикального центра по калибровочной характеристике тройки окружностей отношений, представляющей зависимость вычисленных координат радикального центра от истинных координат источников радиоизлучений, известных по соответствующей базе данных применяемого СРКП, как функцию ошибки определения координат радикального центра, усредняют по всем сочетаниям и фиксируют как окончательные координаты местоположения искомого ИРИ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться для коррекции амплитудно-фазового распределения в раскрываемых антенных решетках (АР), функционирующих после развертывания на борту космических аппаратов (КА) в составе бортовых радиолокационных комплексов (БРЛК) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться для коррекции амплитудно-фазового распределения в раскрываемых антенных решетках (АР), функционирующих после развертывания на борту космических аппаратов (КА) в составе бортовых радиолокационных комплексов (БРЛК) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

Изобретение относится к области активной радиолокации и предназначено для использования в обзорных радиолокационных станциях (РЛС). Достигаемый технический результат - подавление отметок от целей, расположенных за пределами зоны однозначной оценки дальности обзорной РЛС, а также отметок, обусловленных несинхронной импульсной помехой.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для функционально-диагностического контроля радиолокационных станций (РЛС). Техническим результатом является осуществление контроля во взаимно дополняющих режимах централизованного функционально-диагностического контроля, сквозного функционально-диагностического контроля по контрольным сигналам, местного и регламентного контроля, контроля в рабочем режиме.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для калибровки приемно-передающих активных фазированных антенных решеток (ФАР). Способ калибровки активной ФАР, в котором для калибровки приемных каналов приемно-передающих модулей на их входы подают контрольный сигнал, на основе сравнения амплитуд и фаз выходных сигналов приемных каналов калибруемых модулей с амплитудой и фазой выходного сигнала приемного канала опорного приемно-передающего модуля формируют корректирующие сигналы, которые используют для регулировки комплексных коэффициентов передачи приемных каналов калибруемых приемно-передающих модулей.

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 радиотехнике, в частности к радиопеленгации. Технический результатом является повышение точности калибровки мобильного пеленгатора - корреляционного интерферометра в азимутальных и угломестных секторах углов, где условия для проведения измерений не обеспечены, при сохранении высокой точности калибровки в азимутальных секторах, в которых условия для проведения измерений обеспечиваются.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации. Технический результатом является повышение точности калибровки мобильного пеленгатора - корреляционного интерферометра в азимутальных и угломестных секторах углов, где условия для проведения измерений не обеспечены, при сохранении высокой точности калибровки в азимутальных секторах, в которых условия для проведения измерений обеспечиваются.

Изобретение относится к оборудованию многофункциональных космических аппаратов (МКА), предназначенных для калибровки и юстировки радиолокационных станций (РЛС), а также для дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к имитаторам радиолокационного сигнала цели, и может быть использовано в составе комплекса, имитирующего многоцелевую сцену по дальности, доплеровской частоте и углу для исследования процессов поиска, обнаружения и сопровождения цели (целей).

Изобретение направлено на создание способа по отождествлению пеленгов источника радиоизлучения двумя пространственно-разнесенными радиоэлектронными средствами.

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.

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 области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения местоположения источников импульсных радиоизлучения. Техническим результатом является определение пространственных координат местоположения источников радиоизлучений (ИРИ) тремя стационарными постами простым способом без привлечения уравнений линий положения.

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.

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 локальному позиционированию. Технический результат изобретения заключается в увеличении точности местонахождения метки, возможности работы метки без батареек, возможности использования множества меток одновременно.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения координат местоположения источников радиоизлучения УКВ-СВЧ диапазонов как цифровых, так и аналоговых видов связи, сведения о которых отсутствуют в базе данных. Достигаемый технический результат - определение КМПИРИ одним стационарным постом радиоконтроля и n, равном или более трех виртуальных постов. В основе способа лежит энергетический принцип, заключающийся в измерении напряженности поля радиоизлучающих объектов в нескольких точках пространства с известными координатами их местоположения. При этом напряженность поля ИРИ на СРКП измеряют, а в n ВП вычисляют, задав координаты и параметры его виртуальной антенны - диаграммы направленности и высоты подвеса. При использовании n ВП они «размещаются» не на одной прямой с СРКП и «отстоят» от него по широте и по долготе на несколько угловых минут. Вычисление напряженности на ВП от ИРИ основано на принципе корреляционной зависимости напряженностей полей, создаваемых в заданном диапазоне частот множеством источников радиоизлучения, находящихся, согласно базе данных, в зоне электромагнитной доступности СРКП и вычисляемых, как для СРКП, так и для всех заданных ВП по определенной программе. 2 ил., 2 табл.

Наверх