Способ однопозиционной радиолокации подвижных источников радиосигнала на дорожной сети

Изобретение относится к радиолокации и радионавигации и предназначено для определения оценок местоположения подвижных источников радиосигнала на дорожной сети. Достигаемый технический результат – расширение возможностей способа однопозиционной радиолокации. Сущность изобретения состоит в следующем. В различные моменты времени по сигналам, излучаемым источником радиосигнала и содержащим его опознавательный код, из одного измерительного пункта, положение которого известно, измеряют углы прихода электромагнитной волны (пеленги) α_изм(t), α_изм(t+Δt). По измеренному пеленгу α_изм(t) и параметрическим моделям пеленга αⁱ(е), заданным в функции натурального параметра для каждого элемента дорожной сети, определяют значения натурального параметра , соответствующие точкам пересечения линии положения для измеренного пеленга α_изм(t) и элементов дорожной сети. Одновременно с излучением сигнала в момент времени t+Δt на подвижном источнике радиосигнала измеряют длину пути, пройденного им за время Δt вдоль элемента дорожной сети. Сигнал, пропорциональный измеренной длине пути, кодируют и полученный код передают по радиоканалу передачи данных на измерительный пункт, на котором после приема и декодирования получают значение измеренной длины пути Δе за время Δt. Для каждого элемента дорожной сети определяют расчетные значения пеленгов соответствующие перемещению подвижного источника радиосигнала на расстояние Δе, и из условия минимального рассогласования между ними и повторно измеренным пеленгом α_изм(t+Δt) определяют номера элементов дорожной сети, на которых может находиться подвижный источник радиосигнала. Одновременно с излучением сигнала в момент времени t на подвижном источнике радиосигнала измеряют угол наклона касательной к элементу дорожной сети θ_изм, на котором находится источник радиосигнала. Сигнал, пропорциональный измеренному углу, кодируют и полученный код передают по радиоканалу передачи данных на измерительный пункт, на котором после приема и декодирования получают значение измеренного угла. По параметрическим моделям угла наклона касательных к элементам дорожной сети θⁱ(е), , заданным в функции натурального параметра и значениям натурального параметра соответствующим точкам пересечения линии положения для измеренного пеленга α_изм(t) и элементов дорожной сети, для каждого элемента дорожной сети определяют расчетные значения углов наклона и из условия минимального рассогласования между ними и измеренным углом θ_изм определяют номера элементов дорожной сети, на которых может находиться источник радиосигнала. Из сравнения этих номеров с номерами, полученными из условия минимального рассогласования между расчетными значениями пеленгов и повторно измеренным пеленгом определяют номер элемента дорожной сети, на котором находится подвижный источник радиосигнала, координаты местоположения подвижного источника радиосигнала определяют как координаты точки пересечения линии положения, соответствующей измеренному пеленгу (α_изм(t) или α_ихм(t+Δt)) и элемента дорожной сети, на котором находится подвижный источник радиосигнала. 2 ил.

 

Объектом изобретения является способ радиолокации подвижных объектов - источников радиосигнала на дорожной сети. Предлагаемый способ относится к области радиолокации и радионавигации, поскольку класс задач такого типа лежит в основе определения оценок местоположения объектов.

Известен способ однопозиционной радиолокации подвижных объектов на дорожной сети [1], заключающийся в измерении в различные моменты времени углов прихода электромагнитной волны (пеленгов) α_изм(t), α_изм(t+Δt) от объекта из одного измерительного пункта, положение которого известно, по сигналам, излучаемым объектом и содержащим его опознавательный код, одновременно с излучением сигнала на объекте измеряют скорость ν_изм его перемещения вдоль элемента дорожной сети, сигнал, пропорциональный измеренной скорости, кодируют и полученный код передают по радиоканалу передачи данных на измерительный пункт, на котором после приема и декодирования получают значение измеренной скорости, определяют длину пройденного пути Δе=Δtν_изм за время Δt, по измеренному пеленгу α_изм(t) и параметрическим моделям пеленга заданным в функции натурального параметра для каждого элемента дорожной сети, определяют значения натурального параметра , соответствующие точкам пересечения линии положения для измеренного пеленга α_изм(t) и элементов дорожной сети, для каждого из этих элементов определяют возможные значения пеленгов , соответствующие перемещению объекта на расстояние Δе, и из условия минимального рассогласования между ними и повторно измеренным пеленгом α_изм(t+Δt) определяют номер i* элемента дорожной сети, на котором находится объект, определяют координаты местоположения объекта как координаты точки пересечения линии положения, соответствующей измеренному пеленгу (α_изм(t) или α_изн(t+Δt)) и i* - го элемента дорожной сети.

Указанный способ может быть использован лишь для ограниченного класса объектов - источников радиосигнала, для которых скорость их перемещения вдоль элемента дорожной сети на интервале времени [t,t+Δt] является неизменной. Только в этом случае расчетная длина пройденного пути Δе=Δtν_изм будет соответствовать истинной длине пройденного объектом пути. В случае, если скорость перемещения объекта на [t,t+Δt] меняется, то есть ν(t)≠const, вероятность ошибочного определения номера i* элемента дорожной сети, на котором находится объект, существенно возрастает. Указанная вероятность тем выше, чем больше отличие . Таким образом рассмотренный способ нельзя распространять на объекты - источники радиосигнала перемещающиеся вдоль элемента дорожной сети неравномерно.

Известен способ однопозиционной радиолокации подвижных источников радиосигнала на дорожной сети [2], заключающийся в измерении в различные моменты времени углов прихода электромагнитной волны (пеленгов) α_изм(t)α_изм(t+Δt) от объекта из одного измерительного пункта, положение которого известно, по сигналам, излучаемым объектом и содержащим его опознавательный код, одновременно с излучением сигнала в момент времени t на подвижном источнике радиосигнала измеряют скорость ν_изм его перемещения вдоль элемента дорожной сети, сигнал, пропорциональный измеренной скорости, кодируют и полученный код передают по радиоканалу передачи данных на измерительный пункт, на котором после приема и декодирования получают значение измеренной скорости, определяют длину пройденного пути Δе=Δtν_изм за время Δt, по измеренному пеленгу α_изм(t) и параметрическим моделям пеленга αⁱ(е), , заданным в функции натурального параметра для каждого элемента дорожной сети, определяют значения натурального параметра , соответствующие точкам пересечения линии положения для измеренного пеленга α_изм(t) и элементов дорожной сети, для каждого из этих элементов определяют возможные значения пеленгов соответствующие перемещению объекта на расстояние Δе, и из условия минимального рассогласования между ними и повторно измеренным пеленгом α_изм(t+Δt) определяют номера элементов дорожной сети, на которых может находиться подвижный источник радиосигнала, одновременно с излучением сигнала в момент в момент времени t на подвижном источнике радиосигнала измеряют угол наклона касательной к элементу дорожной сети θ_изм, на котором находится источник радиосигнала, сигнал пропорциональный измеренному углу кодируют и полученный код передают по радиоканалу передачи данных на измерительный пункт, на котором после приема и декодирования получают значение измеренного угла, по параметрическим моделям угла наклона касательных к элементам дорожной сети θ¹(е), , заданным в функции натурального параметра, и значениям натурального параметра соответствующим точкам пересечения линии положения для измеренного пеленга α_изм(t) и элементов дорожной сети, для каждого элемента дорожной сети определяют расчетные значения углов наклона и из условия минимального рассогласования между ними и измеренным углом θ_изм определяют номера элементов дорожной сети на которых может находиться источник радиосигнала, из сравнения этих номеров с номерами, полученными из условия минимального рассогласования между расчетными значениями пеленгов и повторно измеренным пеленгом, определяют номер элемента дорожной сети, на котором находится подвижный источник радиосигнала, определяют координаты местоположения объекта как координаты точки пересечения линии положения, соответствующей измеренному пеленгу (α_изм(t) или α_изм(t+Δt)) и элемента дорожной сети, на котором находится подвижный источник радиосигнала.

Приведенный способ также может быть использован лишь для ограниченного класса объектов - источников радиосигнала, для которых скорость их перемещения вдоль элемента дорожной сети на интервале времени [t,t+Δt] является неизменной.

Цель изобретения: распространение области применения способа однопозиционной радиолокации на подвижные источники радиосигнала с изменяющейся на [t,t+Δt] скоростью перемещения вдоль элементов дорожной сети.

Цель достигается за счет:

- исключения автономного измерения в момент времени t на подвижном источнике радиосигнала скорости ν_изм его перемещения вдоль элемента дорожной сети, кодирования сигнала, пропорционального измеренной скорости, передачи полученного кода по радиоканалу передачи данных, его приема и декодирования и получения значения измеренной скорости;

- дополнительно проводимого автономного измерения на подвижном источнике радиосигнала в момент времени t+Δt длины пройденного за Δt пути кодирования сигнала, пропорционального измеренной длине пройденного пути, передачи полученного кода по радиоканалу передачи данных, его приема и декодирования, получения значения измеренной длины пройденного пути.

Сущность изобретения состоит в следующем. Каждый элемент дорожной сети описывают параметрической зависимостью (Фиг. 1)

где I - количество элементов дорожной сети; е - имеет смысл натурального параметра или длины пути [3-6].

К форме (1) можно приближенно перейти, если описание элементов дорожной сети задано в виде массивов

используемых, в частности, при формировании электронных карта. В этом случае

где

Из (2), (3) следует дискретный аналог (1)

на основании которого возможно приближенное представление (1).

Для каждого элемента дорожной сети заранее рассчитывают:

- зависимость значений пеленга от натурального параметра

где х_1ип, х_2ип - координаты измерительного пункта;

- зависимость значений угла наклона касательной к элементу дорожной сети от натурального параметра

где

Соотношения (6), (7) составляют преобразованные априорные данные о структуре дорожной сети. Отметим, что характеристики (6), (7) в совокупности являются уникальными и каждая их пара описывает соответствующий элемент дорожной сети.

Проводимые измерения:

- α_изм(t), α_изм(t+Δt) - пеленги источника радиосигнала в моменты времени соответственно t и (t+Δt), определяемые из одной пространственной точки, в которой расположен измерительный пункт;

- Δе - длина пройденного источником радиосигнала за Δt пути вдоль элемента дорожной сети (измеряют в момент времени t+Δt);

- θ_изм - угол наклона касательной к элементу дорожной сети, на котором находится объект (угол наклона продольной оси объекта, направленной вдоль касательной к элементу дорожной сети) (измеряют в момент времени t). Значение θ_изм на [t,t+Δt], полагается неизменным.

Отметим, что пеленги α_изм(t), α_изм(t+Δt) определяют на измерительном пункте по сигналу, излучаемому объектом, и содержащему его опознавательный код. Угол наклона касательной к элементу дорожной сети θ_изм и длину пройденного пути Δе и определяют на объекте, пропорциональные им сигналы, кодируют, полученные коды передают по радиоканалу передачи данных на измерительный пункт, на котором после приема и декодирования определяют значения угла наклона касательной к элементу дорожной сети и длины пройденного пути.

По измеренному пеленгу α_изм(t) из решения уравнений

для элементов дорожной сети определяют множество корней

соответствующих множеству оценок возможного местоположения объекта

Координаты (10) определяют точки пересечения линии положения пеленгатора, соответствующей пеленгу α_изм(t), и элементов дорожной сети (Фиг. 1).

После кодирования сигналов, пропорциональных θ_изм и Δе, передачи полученных кодов по радиоканалу передачи данных от объекта на измерительный пункт, приема и декодирования определяют:

- множество возможных значений пеленгов, соответствующих моменту времени (t+Δt)

- множество возможных значений углов наклона касательных к элементам дорожной сети

в точках пересечения линии положения, соответствующей α_изм(t), с указанными элементами.

Принятие решения о местоположении объекта осуществляют в результате сравнения для каждого элемента дорожной сети расчетных значений пеленгов, определяемых из (11), и измеренного значения пеленга α_изм(t+Δt) идентифицированного по опознавательному коду с источником радиосигнала, расчетных углов наклона касательных к элементам дорожной сети, определяемых из (12) и измеренного значения θ_изм угла наклона касательной к элементу дорожной сети, на котором находится объект. Для этого определяют

При выполнении условий q=1, r=1 элементы дорожной сети являются различимыми как по пеленгам α, так и по углам наклона касательных к этим элементам.

Выполнение условия

подразумевает наличие для t+Δt в заданной конфигурации дорожной сети q ее элементов, для которых расчетные значения пеленгов являются одинаковыми, а квадраты их отклонений от измеренного значения пеленга - наименьшими для всей совокупности из I квадратов отклонений.

Выполнение условия

подразумевает наличие в заданной конфигурации дорожной сети r ее элементов, для которых значения углов наклона касательных для t являются одинаковыми, а квадраты их отклонений от измеренного значения угла наклона касательной к элементу дорожной сети, на котором находится объект, являются наименьшими для всей совокупности из I квадратов отклонений.

В множествах и содержится только один общий элемент. Его определение осуществляется с помощью соотношения

где w_α, w_θ ∈ R^I; элементы векторов w_α, w_θ равны нулю за исключением элементов соответственно и Например, если I=5, q=2, r=4, и

то

Множества (18) имеют один общий элемент очевидно определяемый из (17), т.е. i*=4.

Таким образом, оценку местоположения объекта определяют как

Необходимо отметить, что автономные измерения (измерения Δе и θ_изм) с последующим кодированием сигналов, пропорциональных Δе и θ_изм, передачей полученных кодов по радиоканалу передачи данных на измерительный пункт носят фрагментарный характер. Их проводят лишь в начале процесса сопровождения объекта и после того как объект минует какую-либо точку пересечения элементов дорожной сети. Как только задача различения оказывается решенной (определен элемент дорожной сети, на котором находится объект), дальнейшее сопровождение может проводиться лишь по результатам измерений пеленга.

Сравнительный анализ заявляемого способа и известного способа локации местоположения объекта на плоскости.

1. В заявляемом способе исключено автономное измерение скорости перемещения источника радиосигнала в момент времени t и все что связано с передачей и приемом сигнала пропорционального измеренной скорости по каналу передачи данных;

2. В заявляемом способе введено автономное измерение в момент времени t+Δt на движущемся источнике радиосигнала длины пути, пройденного им за Δt вдоль элемента дорожной сети;

3. В заявляемом способе сигнал, пропорциональный измеренной длине пути, пройденного источником радиосигнала за Δt вдоль элемента дорожной сети, кодируют и полученный код передают по радиоканалу передачи данных на измерительный пункт, на котором после приема и декодирования определяют значение длины пути, пройденного источником радиосигнала за Δt вдоль элемента дорожной сети.

Технический эффект от применения предлагаемого способа по сравнению с [2] состоит в распространении области его применения на подвижные источники радиосигнала с изменяющейся на [t,t+Δt] скоростью перемещения.

Структурная схема устройства, реализующего способ однопозиционной радиолокации подвижных объектов на дорожной сети, представлена на Фиг. 2.

На Фиг. 2 использованы следующие обозначения: 1 - подвижный объект, включающий 1₁ - блок измерения длины пройденного пути (спидометр), 1₂ - блок кодирования и передачи радиосигналов, 1₃ - блок измерения угла наклона касательной к элементу дорожной сети (гирокомпас, электронный компас); 2 - блок приема радиосигналов и декодирования - пеленгатор; 3 - блок определения значений натурального параметра, для точек пересечения линии положения пеленгатора, соответствующей α_изм(t), и элементов дорожной сети; 4 - блок суммирования; 5 - блок определения расчетных значений пеленга; 6 - блок сравнения расчетных пеленгов с измеренным α_изм(t+Δt); 7 - блок определения расчетных значений углов наклона касательных к элементам дорожной сети в точках их пересечения с линией положения, соответствующей α_изм(t); 8 - блок сравнения расчетных значений углов наклона касательных к элементам дорожной сети с измеренным углом θ_изм(t)=θ_изм; 9 - блок выбора значения натурального параметра; 10 - блок определения номера элемента дорожной сети; И блок оценки координат местоположения объекта.

На объекте 1 в блоке 1₁ в момент времени t осуществляют измерение угла наклона касательной к элементу дорожной сети, а в блоке 1₃ в момент времени t+Δt проводят измерение длины пути, пройденного подвижным источником радиосигнала вдоль элемента дорожной сети за Δt. Результат измерений с выходов блоков 1₁, 1₃ передают на входы 1₂₁, 1₂₂ соответственно блока кодирования и передачи радиосигналов 1₂. Далее с выхода блока 1₂ радиосигналы, содержащие код угла наклона касательной к элементу дорожной сети и код объекта, код длины пройденного пути и код объекта, по радиоканалу передачи данных передают на вход блока 2 приема радиосигналов и декодирования - пеленгатора. Блок 1₂ обеспечивает излучение радиосигнала непрерывно, поддерживая функционирование радиоканала. В блоке 2 на основании обработки с учетом опознавательного кода объекта осуществляют выделение сигналов, пропорциональных измеренному на объекте углу наклона касательной к элементу дорожной сети, соответствующего моменту времени t и длины пройденного пути, соответствующей моменту времени t+Δt, определяют значения пеленгов α_изм(t), α_изм(t+Δt) объекта. Сигнал, пропорциональный α_изм(t), с выхода 2₂ подают на вход блока 3 определения значений натурального параметра, для точек пересечения линии положения пеленгатора, соответствующей α_изм(t), и элементов дорожной сети. Функционирование бока 3 осуществляется в соответствии с (6), (8), (9). Сигнал, пропорциональный оценке Δе длины пройденного за Δt пути, с выхода 2₃ блока 2 подают на вход 4₀ блока 4 суммирования. В блоке 4 оценку длины пройденного пути суммируют со значениями натурального параметра, которые с выходов 3₁…3_I блока 3 подают на входы 4₁…4_I блока 4. Значения натуральных параметров для каждого элемента дорожной сети с выходов 4_I+1…4_2I поступают соответственно на входы 5₁…5_I блока 5 определения расчетных значений пеленга. Возможные для каждого элемента дорожной сети значения пеленга для t+Δt рассчитывают в соответствии с (6), (11). Указанные значения с выходов 5_I+1…5_2I блока 5 поступают на входы 6₁…6_I блока 6 сравнения. В блоке 6 рассчитанные для каждого элемента дорожной сети значения пеленга сравнивают с измеренным значением пеленга α_изм(t+Δt) объекта, соответствующего установленному опознавательному коду, поступающим на вход 6₀ блока 6 с выхода 2₁ блока 2. Сравнение осуществляют в соответствии с правилом (13). Его результатом являются сигналы на выходах 6_I+1, …, 6_2I. Сигнал на каждом i-м выходе либо пропорционален индексу i элемента дорожной сети, если индекс входит в множество (13), определяющее индексы элементов дорожной сети, для которых расчетные значения пеленгов являются одинаковыми, а квадраты их отклонений от измеренного значения пеленга - наименьшими для всей совокупности из I квадратов отклонений, либо равны нулю в противном случае.

Значения натурального параметра с выходов 3₁…3_I блока 3 подают на входы 7₁, …, 7_I блока 7 определения расчетных значений углов. Определенные в блоке 7 расчетные значения углов наклона касательных к элементам дорожной сети с его выходов 7_I+1, …, 7_2I поступают на входы 8₁, _..., 8_I блока сравнения 8. В блоке 8 рассчитанные для каждого элемента дорожной сети значения угла наклона касательной сравниваются с измеренным значением угла θ_изм(t)=θ_изм поступающим на вход 8₀ блока 8 с выхода 2₄ блока 2. Сравнение осуществляют в соответствии с правилом (14). Его результатом являются сигналы на выходах 8_I+1, …, 8_2I. Сигнал на каждом i-м выходе 8_I+i либо пропорционален индексу i элемента дорожной сети, если индекс входит в множество (14), определяющее индексы элементов дорожной сети, для которых расчетные значения углов являются одинаковыми, а квадраты их отклонений от измеренного значения пеленга - наименьшими для всей совокупности из I квадратов отклонений, либо равны нулю в противном случае. Сигналы с выходов 8_I+1, …, 8_2I блока 8 и выходов 6_I+1, …, 6_2I блока 6 подаются соответственно на входы 10₁, …, 10_I и 10_I+1, …, 10_2I блока 10. Определение номера элемента дорожной сети в блоке 10 осуществляется в соответствии с (17). Сигнал пропорциональный номеру элемента дорожной сети с выхода блока 10 поступает вход 9₀ блока 9 и вход 11₂ блока 11. В блоке 9 из значений натурального параметра, поступающих на входы 9₁…9_I с выходов 3₁…3_I блока 3, проводят выбор такого его значения, которое соответствует определенному в блоке 10 индексу. Сигнал, пропорциональный выбранному значению натурального параметра с выхода блока 9 поступает на вход 11₁ блока 11. В блоке 11 в соответствии с (21) проводят определение координат местоположения объекта.

Источники информации

1. Патент 2524482, Российская Федерация, МПК G01S 5/00. Способ однопозиционной радиолокации подвижных объектов на дорожной сети / Хуторцев В.В., Бережная В.В., №2013130454; заявл. 02.07.2013; опубл. 27.07.2014.

2. Патент 2572809, Российская Федерация, МПК G01S 5/00. Способ однопозиционной радиолокации подвижных источников радиосигнала на дорожной сети / Бережная В.В., №2015102652; заявл. 27.01.2015; опубл. 20.01.2016.

3. Дубровин Б.А., Новиков С.П., Фоменко А.Т. Современная геометрия: Методы и приложения. - М.: Наука, 1986. 760 с.

4. Хуторцев В.В. Принципы пространственно-дифференциальной фильтрации параметров траекторий объектов, движущихся вдоль одномерных многообразий // Радиотехника и электроника. 1993. Т. 38. №6. С. 1026-1036.

5. Хуторцев В.В. Пространственно-дифференциальная фильтрация марковских процессов на одномерных стохастических многообразиях // Автоматика и телемеханика. 1994. Т. 8. №6. С. 117-125.

6. Хуторцев В.В. Принципы пространственно-дифференциальной адаптивной фильтрации марковских процессов на одномерных многообразиях // Радиотехника и электроника. 1994. Т. 39. №8. С. 1637-1646.

Способ однопозиционной радиолокации подвижных источников радиосигнала на дорожной сети, заключающийся в измерении в различные моменты времени из одного измерительного пункта, положение которого известно, углов прихода электромагнитной волны (пеленгов) α_изм(t), α_изм(t+Δt) по сигналам, излучаемым источником радиосигнала и содержащим его опознавательный код, по измеренному пеленгу α_изм(t) и параметрическим моделям пеленга αⁱ(е), , заданным в функции натурального параметра для каждого элемента дорожной сети, определяют значения натурального параметра , соответствующие точкам пересечения линии положения для измеренного пеленга α_изм(t) и элементов дорожной сети, для каждого из этих элементов определяют расчетные значения пеленгов , , соответствующие перемещению подвижного источника радиосигнала на расстояние Δе, и из условия минимального рассогласования между ними и повторно измеренным пеленгом α_изм(t+Δt) определяют номера элементов дорожной сети, на которых может находиться подвижный источник радиосигнала, одновременно с излучением сигнала в момент времени t на подвижном источнике радиосигнала измеряют угол наклона касательной к элементу дорожной сети θ_изм, на котором находится источник радиосигнала, сигнал, пропорциональный измеренному углу, кодируют и полученный код передают по радиоканалу передачи данных на измерительный пункт, на котором после приема и декодирования получают значение измеренного угла, по параметрическим моделям угла наклона касательных к элементам дорожной сети θⁱ(е), , заданным в функции натурального параметра, и значениям натурального параметра , соответствующим точкам пересечения линии положения для измеренного пеленга α_изм(t) и элементов дорожной сети, для каждого элемента дорожной сети определяют расчетные значения углов наклона , , и из условия минимального рассогласования между ними и измеренным углом θ_изм определяют номера элементов дорожной сети, на которых может находиться источник радиосигнала, из сравнения этих номеров с номерами, полученными из условия минимального рассогласования между расчетными значениями пеленгов и повторно измеренным пеленгом определяют номер элемента дорожной сети, на котором находится подвижный источник радиосигнала, координаты местоположения подвижного источника радиосигнала определяют как координаты точки пересечения линии положения, соответствующей измеренному пеленгу (α_изм(t) или α_изм(t+Δt)) и элемента дорожной сети, на котором находится подвижный источник радиосигнала, отличающийся тем, что одновременно с излучением сигнала в момент времени t+Δt на подвижном источнике радиосигнала измеряют длину пути, пройденного им за время Δt вдоль элемента дорожной сети, сигнал, пропорциональный измеренной длине пути, кодируют и полученный код передают по радиоканалу передачи данных на измерительный пункт, на котором после приема и декодирования получают значение измеренной длины пути Δе за время Δt.