Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и реализующее его устройство

Заявленная группа изобретений относится к радиотехнике и может быть использована в системах местоопределения в целях радиоконтроля, навигации, активной и пассивной локации, наведения, целеуказания, поисково-спасательных работ. Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения (ИРИ), включающий размещение четырех датчиков в разнесенных точках с известными координатами (xi, yi, zi), i=1, 2, 3, 4, таким образом, чтобы объем тетраэдра V1234 был больше ноля, прием сигнала каждым датчиком, определение относительного времени запаздывания прихода сигнала от ИРИ на каждый датчик, ранжирование относительного запаздывания от наименьшего к наибольшему значению с присваиванием соответствующим точкам номера от 1 до 4, построение расчетной системы координат с началом в точке 1, составление и решение системы четырех нелинейных уравнений вида

(x-xip)2+(y-yip)2+(z-zip)2=(R+Δri)2,

где: i=1, 2, 3, 4;

Δri - разность хода сигнала от источника радиоизлучения до датчика i;

Kip - соответствующие координаты датчика в расчетной системе координат;

R - дальность до ИРИ от первого датчика,

геометрическим местом точек, описываемых указанными функциями в расчетной системе координат, являются сферические поверхности, с центрами в точках размещения датчиков, а координаты ИРИ определяют, как точку пересечения указанных поверхностей. Устройство, реализующее разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения, содержит датчики, расположенные в точках 1, 2, 3, 4, с известными координатами таким образом, чтобы объем тетраэдра V1234>0, каждый из которых связан с подсистемой измерения задержек распространения по линиям связи, после обработки в которой данные поступают в подсистему вычислителей и далее в подсистему регистрации и/или отображения. В подсистеме вычислителей программными или программно-аппаратными средствами реализуется предлагаемый способ, обеспечивающий повышение быстродействия и точности однозначного местоопределения ИРИ. Достигаемым техническим результатом является повышение быстродействия и точности однозначного определения координат источника радиоизлучения и обеспечивается за счет существенного снижения количества расчетных операций с использованием конечного числа членов бесконечного ряда и существенного упрощения расчетных соотношений, используемых при реализации заявленного способа. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 6 ил.

 

Область техники

Заявленная группа изобретений относится к радиотехнике и может быть использована в системах местоопределения в целях радиоконтроля, навигации, активной и пассивной локации, наведения, целеуказания, поисково-спасательных работ.

Уровень техники

Известен разностно-дальномерный способ [1] определения координат источника радиоизлучения (ИРИ), заключающийся в:

а) размещении четырех приемных антенн в разнесенных в пространстве точках Ai, i=1, 2, 3, 4 с обеспечением объема тетраэдра, образованной этими антеннами, больше ноля;

б) определении разности времени прихода Δt1j=t1-tj, j=2,3,4 сигнала от ИРИ к антеннам;

в) формировании системы нелинейных уравнений вида

где: x, y, z - искомые координаты ИРИ;

xj, yj, zj j=1, 2, 3, 4 - известные координаты антенн;

Δrij=с⋅Δtij - расчетная разность дальностей;

с - скорость света в вакууме;

г) введении дополнительной переменной

д) преобразовании уравнений системы по перечислению в) к виду

где: j=1, 2, 3, 4;

х, y, z - искомые координаты ИРИ;

xj, yj, zj - известные координаты антенн;

Δrij=с⋅Δtij - расчетная разность дальностей;

с - скорость света в вакууме;

е) решении преобразованной системы и получение решений вида x(r1), y(r2), z(r1);

ж) подстановке решений по перечислению е) в уравнение по перечислению г) с последующим нахождением двух наборов корней квадратного уравнения относительно r1;

з) выборе, на основании априорной информации об ИРИ, набора корней, соответствующего координатам ИРИ.

Недостатком указанного способа является необходимость наличия априорной информации для разрешения неопределенности о местоположении ИРИ по перечислению з).

Известен способ [2], выбранный в качестве наиболее близкого аналога определения координат ИРИ заключающийся в:

а) размещении четырех антенн в точках А, В, С, D таким образом, что объем VABCD больше ноля;

б) приеме излученного ИРИ в момент времени t0 сигнала на все антенны;

в) измерении трех независимых разностей ΔtAC, ΔtBC, ΔtDC, времени прихода сигнала парами антенн, образующих измерительные базы;

г) вычислении значения угла γк и координаты точки Fк, к=1, 2, 3, принадлежащей плоскости ИРИ для каждой тройки

A, В, С при к=1,

B, С, D при к=2,

D, С, А при к=3;

д) вычислении искомых координат ИРИ как координаты точки пересечения трех плоскостей Ωк, к=1, 2, 3, характеризуемых координатами точек расположения антенн и вычисленными значениями угла γк и координаты точки Fк, к=1, 2, 3;

е) отображении полученных результатов.

Для выполнения вычислений по перечислению г) прототипа необходимо ввести три дополнительные прямоугольные системы координат и рассчитать для каждой из них угол γi и координаты (xi, yi) точки Fi, i=1, 2,3.

Вычисление угла γi производиться в соответствии с выражением

а координаты точки Fi

Значения переменных при вычислениях по формулам (1-3) выбираются из таблицы 1 для каждой из введенных систем координат.

Далее, по правилам аналитической геометрии, вычисляются коэффициенты, описывающие плоскость каждой тройки по перечислению г) прототипа, определяется вектор нормали к плоскости и с учетом произведенных вычислений координат точки Fi и угла γi вычисляются коэффициенты, описывающие плоскость положения ИРИ.

Затем, осуществляется пересчет полученных плоскостей в начальную систему координат, составление системы линейных уравнений вида Aix+Biy+Ciz+Di=0, i=1, 2, 3 (i - номер плоскости), описывающих плоскости положения ИРИ в начальной системе координат, и решение полученной системы уравнений с вычислением координат ИРИ (xИРИ, yИРИ, zИРИ) как точки пересечения трех плоскостей.

Описанный способ позволяет однозначно определить координаты ИРИ.

Недостатками данного способа являются:

- относительно низкое быстродействие за счет значительного количества вычислений в процедуре расчета координат ИРИ и трехкратного повторения вычислений по ряду процедур;

- относительно низкая точность вычислений, обусловленная использованием конечного числа членов бесконечного ряда при вычислении квадратного корня (см. таблица 1) и значений функций (sin, cos), необходимых для формирования матриц перехода из одной системы координат в другую, а также обратной тригонометрической функции при вычислении угла γi.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом группы изобретений является повышение быстродействия и точности однозначного местоопределения источника радиоизлучения (ИРИ).

Заявленный технический результат обеспечивается созданием разностно-дальномерного способа определения координат источника радиоизлучения включающего размещение четырех датчиков в разнесенных точках с известными координатами (xi, yi, zi), i=1, 2, 3, 4, таким образом, что бы объем тетраэдра V1234 был больше ноля, прием сигнала излученного источником радиоизлучения в момент времени t0 каждым датчиком, определение относительного времени запаздывания прихода сигнал от источника радиоизлучения на каждый датчик Δti=ti-tl, i=2, 3, 4, при этом производят ранжирование относительного запаздывания от наименьшего к наибольшему значению с присваиванием соответствующим точка номера от 1 до 4, считая, что на датчик 1 сигнал пришел раньше, чем на другие датчики, размещение начала расчетной системы координат в точке 1, при этом ось ОХ проходит через точки с номерами 1 и 2, за положительное направление оси принимается направление от точки 1 к точке 2, в плоскости образованной точками 1, 2 и 3 через точку 1 проводится ось OY перпендикулярно оси ОХ, за положительное направление выбираем направление в полуплоскость, которой принадлежит точка 3, ось OZ дополняет расчетную систему координат до правой, пересчет координат точек размещения датчиков из начальной в расчетную систему координат, составление и решение системы четырех нелинейных уравнений вида

где: i=1, 2, 3, 4;

Кip соответствующая координата датчика в расчетной системе координат;

Δri - разность хода от источника радиоизлучения до датчика i;

R - дальность до источника радиоизлучения от датчика 1,

геометрическим местом точек описываемых указанными функциями в расчетной системе координат являются сферические поверхности, а координаты источника радиоизлучения определяют, как точку пересечения указанных поверхностей, при этом датчики размещены в пространстве так, что их расположение друг относительно друга не изменяется во времени.

В частном случае выполнения способа каждый датчик размещают на мобильном носителе, имеющем в своем составе навигационную аппаратуру и передатчик, на пункте приема информации осуществляется выделение данных о местоположении мобильного носителя, на основании этих данных и данных о местоположении пункте приема информации, рассчитывают задержки распространения и осуществляется пересчет задержек в задержки распространения сигнала в точках расположения датчиков в соответствии с выражением

где: КППИ - соответствующая координата пункта приема информации;

Кi, i=1, 2, 3, 4 - соответствующая координата мобильного носителя;

с - скорость света;

ti - время прихода сигнала от датчика i на пункт приема информации;

i=1, 2, 3, 4 - относительное время прихода сигнала от ИРИ к датчику i,

после ранжирования из полученных значений относительного времени прихода вычитают наименьшее из полученных значений.

В частном случае выполнения способа в системе уравнений одним из уравнений является уравнение, описывающее форму поверхности Земли с пересчетом координат расположения ее центра в расчетную систему координат.

В частном случае выполнения способа в качестве датчиков используют датчики, реагирующие на радиоизлучение любого из диапазонов длин волн инфракрасного, видимого, ультрафиолетового, рентгеновского или гамма-излучения или акустические излучения, а при расчете задержек распространения в среде используют скорость распространения того или иного излучения в веществе находящегося в газообразном, жидком или в твердом состоянии.

Технический результат достигается также созданием устройства, реализующего разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения, содержащего датчики подсистемы фиксированных датчиков расположенные в точках 1, 2, 3, 4 с известными координатами таким образом, чтобы объем тетраэдра V1234 был больше ноля и положение датчиков в пространстве друг относительно друга не изменялось во времени, каждый из которых связан с подсистемой измерения задержек распространения по линиям связи, обеспечивающей определение относительного времени запаздывания прихода сигнал от источника радиоизлучения на каждый датчик Δti=ti-t1, i=2, 3, 4, считая, что сигнал от ИРИ пришел на датчик 1 раньше, чем на остальные датчики, и передачу его в подсистему вычислителей, отличающееся тем, что подсистема вычислителей, обеспечивает ранжирование значений временных задержек распространения от наименьшего к наибольшему значению с присвоением соответствующим точкам номера от 1 до 4, и расчет координат источника радиоизлучения указанным способом 1, при этом подсистема вычислителей связана со средствами регистрации и/или отображения подсистемы.

В частном случае выполнения устройства каждый датчик размещается на мобильном носителе в качестве которого может использоваться любое средство из группы: автомобиль, корабль, в том числе подводный, летательный аппарат, искусственный спутник Земли, имеющем в своем составе навигационную аппаратуру потребителя спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС/GPS и/или бортовую инерциальную навигационную аппаратуру и передатчик, а также приемное устройство, связанное с ними посредством канала связи любой природы (радиоканал, проводной канал связи), и размещенное на стороне подсистемы измерения задержек, подсистемы вычислителей и подсистемы регистрации и/или визуализации, с обеспечением пересчета времени относительного запаздывания прихода сигнала на приемную систему во время относительного запаздывания прихода сигнала на каждый датчик.

В частном случае выполнения устройства в качестве датчиков используют датчики, работающие в инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом, рентгеновском или гамма-излучения диапазоне длин волн или регистрирующие акустические излучения и учитывающие скорость распространения указанных излучений в среде распространения.

Заявленная группа изобретения проиллюстрирована следующими рисунками:

На фиг. 1 - схема размещения датчиков;

На фиг. 2 - сечение двух пересекающихся сфер радиусами R и R+Δr2 секущей плоскостью, проходящей через ось O1X расчетной системы координат;

На фиг. 3 - пересечение (точки D1 и D2) окружности, результирующей пересечения сфер с центрами в точках O1 и O2, со сферой с центром в точке O3 и радиусом R+Δr3;

На фиг. 4 - результат пересечения сфер с центрами в точках O1, O2, O3 и радиусами R, R+Δr2, R+Δr3 соответственно, и две сферы радиусом R+Δr4 с центрами в этих точках и точка размещения датчика 4;

На фиг. 5 - схематическое изображение устройства, реализующего разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения;

На фиг. 6 - приведен вариант устройства, реализующего указанный способ.

Позиции на фиг. 1-6 обозначают следующее:

1-4 - датчики 1-4 соответственно;

5 - подсистема измерения задержек распространения;

6 - подсистема вычислителей;

7 - подсистема регистрации и/или отображения информации;

8 - измеритель временных интервалов;

9 - вычислители;

10 - средства регистрации;

11 - средства отображения;

12 - передатчик;

13 - приемное устройство.

На фиг. 1 изображен тетраэдр 1234 с размещенными в его вершинах датчиками с соответствующими номерами и высота тетраэдра h1234>0.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:

В способе определения координат ИРИ основанном на приеме сигнала четырьмя датчиками, образующими расчетную систему координат, осуществляют измерение относительной разности времени прихода сигнала от ИРИ на датчики Δti i=1, 2, 3, 4 и вычисляют:

- значения разности хода электромагнитной волны от ИРИ до каждого датчика

где: i=1,2,3,4;

c - скорость света;

- координаты ИРИ с использованием приведенного ниже способа, описывающего взаимодействие ИРИ с датчиками, обеспечивающего значительное уменьшение числа вычислительных операций и, как следствие, приводящего к повышению быстродействия системы, а также повышение точности местоопределения за счет существенного сокращения числа операций использующих конечное число членов бесконечного ряда.

Реализация заявленного способа предполагает:

1) размещение четырех датчиков в разнесенных точках 1, 2, 3, 4 с известными координатами (xi, yi, zi), i=1, 2, 3, 4, таким образом, что бы объем тетраэдра V1234 был больше ноля (см. фиг. 1);

2) прием сигнала излученного ИРИ в момент времени t0 каждым датчиком;

3) определение относительного времени запаздывания прихода сигнал от ИРИ на каждый датчик Δti=t1-ti, i=2, 3, 4. Условно считаем, что сигнал от ИРИ до датчика с номером 1 прибыл раньше, чем этот же сигнал достиг остальных датчиков;

4) ранжирование относительного запаздывания от наименьшего к наибольшему значению с присваиванием соответствующим точка номера от 1 до 4, а соответствующие задержки маркируем как Δti, i=2, 3, 4.

5) введение расчетной системы координат так, чтобы координаты точек и разность хода при распространении соответствовали таблице 2, а также определение известным [3] способом матрицы пересчета из начальной в расчетную систему координат с учетом параллельного переноса.

Иными словами, начало расчетной системы координат совпадает с точкой номер 1. Ось ОХ проходит через точки с номерами 1 и 2. За положительное направление оси принимается направление от точки 1 к точке 2. В плоскости образованной точками 1, 2 и 3 через точку 1 проводим ось OY перпендикулярно оси ОХ. За положительное направление выбираем направление в полуплоскость, которой принадлежит точка 3. Ось OZ дополняет расчетную систему координат до правой.

Δri=cΔti, с - скорость света.

6) составление и решение системы четырех нелинейных уравнений вида

где: i=1,2,3,4;

Δri - разность хода от ИРИ до датчика i;

R - дальность до ИРИ от первого датчика.

В основу составления системы (5) положен принцип равной удаленности как точки размещения датчика от ИРИ, так и точки размещения ИРИ от датчика. Это позволяет определять местоположение ИРИ как точку пересечения четырех сфер, радиусами R+Δri, i=1, 2, 3, 4.

7) решение системы уравнений (5).

Система (5) имеет единственное решение. Покажем это.

На фиг. 2 изображено сечение двух пересекающихся сфер радиусами R и R+Δr2 плоскостью, проходящей через прямую, соединяющую центры сфер. В нашем случае секущая плоскость проходит через ось O1X расчетной системы координат.

Из курса геометрии известно, что если секущая плоскость проходит через центр сферы, то сечение сферы отображается окружностью радиусом равным радиусу сферы.

На фиг. 2 обозначены две точки А и В - точки пересечения окружностей. Очевидно, что |O1A|=|O1B|=R и |O2A|=|O2B|=R+Δr2.

Точки А и В равноудалены от оси O1X, т.к. ΔO1AO2≅ΔO1BO2 по трем сторонам. Следовательно, равны и соответствующие высоты этих треугольников.

Очевидно, что при вращении окружностей вокруг оси O1X получится две сферы радиусами R и R+Δr2, а точки А и В - образуют окружность.

Таким образом, результатом пересечение двух сфер является окружность, которая, в свою очередь, является множеством точек возможного местоположения ИРИ.

Очевидно, что радиус полученной окружности меньше либо равен радиусу наименьшей сферы.

Другие варианты пересечения двух сфер, точка, при внешнем касании сфер и касании одной сферы внешней, а другой внутренней стороной, и сфера, при равенстве радиусов и совпадении центров сфер, не рассматриваем.

Пересечение вида «точка» является частным случаем рассмотренного выше пересечения.

Пересечение вида «сфера» невозможно в рамках рассматриваемой задачи, т.к. все точки размещения датчиков разнесены друг относительно друга.

В общем случае, вероятность наступления такого события (пересечения двух сфер в точке) возможна, но бесконечно мала.

На фиг. 3 изображено пересечение (точки D1 и D2) окружности, результирующей пересечения сфер с центрами в точках O1 и O2, со сферой с центром в точке O3 и радиусом R+Δr3.

На виде А изображен вид со стороны положительного направления оси OZ.

На виде Б изображен вид со стороны отрицательного направления оси O1X, сфера с центром в точке O3 условно не показана.

Центр O3 расположен в плоскости YO1X расчетной системы координат, по условиям ее построения, a |O3D1|=|O3D2|=R+Δr3.

Таким образом, результатом пересечение трех сфер являются две точки возможного местоположения ИРИ, а удаление их от начала расчетной системы координат меньше либо равно радиусу наименьшей сферы.

Очевидно, что можно построить бесконечное множество М сфер проходящих через точки D1 и D2 (вращение вокруг прямой D1D2). Характерной особенностью этих сфер является то, что их центр будет находиться в плоскости YO1X расчетной системы координат.

Сферы радиусом R+Δr3 являются бесконечным подмножеством N меньшего порядка множества М.

Но только у одной сферы множества N центр будет находиться в точке O3.

Очевидно, что можно найти множество Р, такое, что сфера будет проходить одновременно через точки D1 и D2 и иметь радиус R+Δr4, что не позволит решить задачу однозначного определения местоположения ИРИ.

Другие варианты пересечения сферы и окружности, точка, при касании окружностью сферы с внешней или внутренней стороны, и окружность, когда центры сфер O1, O2 и O3 лежат на одной прямой, не рассматриваем.

Пересечение вида «точка» является частным случаем рассмотренного пересечения окружности со сферой.

Пересечение вида «окружность» невозможно в рамках рассматриваемой задачи, т.к. объем тетраэдра, образованного точками размещения датчиков, должен быть больше ноля.

В общем случае, вероятность наступления такого события (пересечения окружности и сферы в точке) возможна, но бесконечно мала.

Следует отметить, что пересечение типа «точка» позволяет однозначно определить местоположение ИРИ. В этом случае нет необходимости определять координату Z. Она равна нулю в расчетной системе координат.

На фиг. 4 показаны точки D1 и D2 - результат пересечения сфер с центрами в точках O1, O2, O3 и радиусами R, R+Δr2, R+Δr3 соответственно, и две сферы радиусом R+Δr4 с центрами в этих точках. Оси расчетной системы координат не показаны условно.

Объединение двух сфер радиусом R+Δr4 с центрами в точках D1 и D2 является множество точек, в котором может находиться четвертый датчик с координатами (x4p, y4p, z4p).

Как показано ранее точки D1 и D2 расположены симметрично относительно плоскости YO1X расчетной системы координат. Это означает, что координаты X и Y точек равны, а координата Z отличается знаком.

Запишем уравнения сфер с началом координат в точках D1 и D2.

В уравнениях (6) и (7) координаты центров записаны с учетом того, что координаты X и Y точек равны, а координата Z отличается знаком Вычтем из уравнения (6) уравнение (7) и поучим

После преобразования получим

Из выражения (9) следует, что точка с координатами датчика может принадлежать обеим сферам только в том случае, когда координата этой точки равна нулю, что противоречит условию об отличии объема тетраэдра от ноля и, из приведенных ранее рассуждений, не позволит однозначно определить местоположение ИРИ.

Нахождение ИРИ в точке с координатой Z равной нулю не рассматриваем, так как ИРИ расположен или в точке D1 или в точке D2 и не может одновременно находиться в двух точка.

Следовательно, точка O4 с координатами (х, y4p, z4p) принадлежит только одной сфере, и решение системы является единственной.

С другой стороны, как видно из фиг. 4, точка O4 удалена на расстояние R+Δr>R+Δr4 от точки D2, что не соответствует системе 5 и данным из таблицы 2.

А это значит, что система уравнений (5) имеет единственное решение.

Система уравнений (5) с учетом данных таблицы 2 примет вид

После несложных преобразований получим

Как показано выше (при описании фиг. 2 - фиг. 4), система (5), а следовательно, и системы (10) и (11), имеет единственное решение.

Предлагаемый способ содержит возможность дополнительного сокращения числа вычислений.

Если в системе (11) коэффициент А равен нулю, то это означает, что разность хода сигнала от ИРИ ко второму датчику относительно первого, равна удалению одного датчика от другого. В свою очередь, это означает, что ИРИ и датчик 1 и 2 находятся на одной прямой и координаты Y и Z ИРИ в расчетной системе координат равны нулю.

Это позволяет существенно упростить систему (11)

что приводит к уменьшению времени расчета в конкретном случае. Это случай пересечения сфер в точке.

Координаты ИРИ, в этом случае, можно искать как пересечение трех окружностей с центрами в точках размещения датчиков 1, 2 и 3 или 4 и прямой, проходящей через точки размещения датчиков 1, 2.

Для тройки датчиков 1, 2 и 3

Подобным образом можно рассуждать при выполнении равенства в коэффициенте С и коэффициенте Е системы (11). Это означает, что:

1) в первом случае, ИРИ находится в плоскости XOY расчетной системы координат, а координата Z ИРИ равна нулю;

2) координаты ИРИ, можно искать как пересечение трех окружностей с центрами в точках размещения соответствующих датчиков и прямой, проходящей через точки размещения датчиков 1, 3 и 1, 4 соответственно.

В обоих случаях упрощается система (10) и, соответственно повышается быстродействие.

8) пересчет координат XYZ, полученных в расчетной системе координат при вычислении по (11) в первоначальную (базовую) систему координат в соответствии с известным алгоритмом [3] с последующим переносом в начало базовой системы координат;

9) регистрацию и/или отображение вычисленных значений.

На фиг. 5 приведено устройство, реализующее указанный способ.

Устройство состоит из трех, функционально взаимосвязанных друг с другом, подсистем:

1. Подсистема фиксированных датчиков, в состав которой входят датчики 1, 2, 3, 4;

2. Подсистема измерения задержек распространения 5;

3. Подсистема вычислителей 6;

4. Подсистема регистрации и/или отображения информации 7.

Заявленный способ реализуется в устройстве следующим образом:

A. Датчики располагают в точках 1, 2, 3, 4 с известными координатами таким образом, чтобы объем тетраэдра V1234 был больше ноля. Датчики могут располагаться неподвижно на стационарных местах для их размещения или неподвижно на несущей конструкции, которая может перемещаться в пространстве за счет параллельного переноса или вращения.

Б. Каждый датчик принимает сигнал, излученный ИРИ в момент времени t0 в моменты времени ti, i=1, 2, 3, 4 соответственно, и передают его в подсистему измерения задержек распространения 5 по линиям связи.

B. В подсистеме измерения задержек распространения 5 определяется (измеряется) относительное время запаздывания прихода сигнал от ИРИ на каждый датчик Δti=ti-tl, i=2, 3, 4. Условно считаем, что сигнал от ИРИ до датчика в точке 1 прибыл раньше, чем этот же сигнал достиг остальных датчиков.

Значения временных задержек распространения передаются из подсистемы измерения задержек распространения 5 в подсистему вычислителей 6.

Г. В подсистеме вычислителей 6 значения временных задержек распространения ранжируют от наименьшего к наибольшему значению с присвоением соответствующим точкам номера от 1 до 4, а соответствующие задержки маркируем как Δti, i=2, 3, 4. Точка с самым ранним временем прихода сигнала от ИРИ обозначается номером 1.

Д. Вводят расчетную систему координат так, чтобы координаты точек и разность хода при распространении соответствовали таблице 2.

Иными словами, начало расчетной системы координат совпадает с точкой номер 1. Ось ОХ проходит через точки с номерами 1 и 2. За положительное направление оси принимается направление от точки 1 к точке 2. В плоскости образованной точками 1, 2 и 3 через точку 1 проводим ось OY перпендикулярно оси ОХ. За положительное направление выбираем направление в полуплоскость, которой принадлежит точка 3. Ось OZ дополняет расчетную систему координат до правой.

Е. Известным способом [3] определяют элементы матрицы пересчета координат из начальной (базовой) системы координат в расчетную систему координат с учетом параллельного переноса.

Ж. Рассчитывают координаты точек 1, 2, 3 и 4 в расчетной системе координат.

3. Вычисляют координаты ИРИ в соответствии с системой (11).

И. Пересчитывают координаты XYZ, полученные в расчетной системе координат при вычислении по (11) в первоначальную (базовую) систему координат в соответствии с известным алгоритмом [3] с учетом параллельного переноса с использованием матриц перехода, полученных по перечислению Е;

К. Результаты расчета выводятся на средства регистрации и/или отображения подсистемы 7.

Предполагается, что задержки распространения в трактах передачи сигнала выверены при подготовке устройства к работе и учтены в вычислителе.

На фиг. 6 приведен первый вариант устройства, реализующего указанный способ.

Отличие от ранее описанного устройства заключается в том, что каждый датчик размещается на мобильном носителе (МН), имеющем в своем составе навигационную аппаратуру (НА) и передатчик.

В качестве мобильного носителя может использоваться любое мобильное средство: автомобиль, корабль, в том числе подводная лодка, летательный аппарат, искусственный спутник Земли и т.п.

В качестве навигационной аппаратуры может использоваться навигационная аппаратура потребителя спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС/GPS и/или бортовая инерциальная навигационная аппаратура.

В момент прихода сигнала от ИРИ на датчик определяется местоположение мобильного носителя средствами навигационной аппаратуры. Данные о местоположении передаются в передатчик и далее на приемное устройство, размещенный совместно с подсистемой измерения задержек распространения 5, подсистемой вычислителей 6 и подсистемой регистрации и/или отображения информации 7.

Будем называть приемное устройство, размещенное совместно с подсистемой измерения задержек распространения 5, подсистемой вычислителей 6 и подсистемой регистрации и/или отображения информации 7 пунктом приема информации.

Сигнал от ИРИ может ретранслироваться без изменений, может усиливаться, может переноситься в другую область спектра и передаваться на приемник совместно с данными о местоположении мобильного носителя. Исходным сигналом для пункта приема информации может служить и сигнал, содержащий только сведения о местоположении мобильного носителя в момент прихода сигнала от ИРИ на датчик.

Отличием варианта устройства заключается и в том, что на пункте приема информации осуществляется выделение данных о местоположении мобильного носителя. На основании этих данных и данных о своем местоположении, определяемом любым доступным способом, рассчитываются задержки распространения и осуществляется пересчет задержек в задержки распространения сигнала в точках расположения датчиков (после перечисления В. и перед перечислением Г.) в соответствии с выражением

где: КППИ - соответствующая координата пункта приема информации;

Кi, i=1, 2, 3, 4 - соответствующая координата мобильного носителя;

с - скорость света;

ti - время прихода сигнала от датчика i на пункт приема информации;

i=1, 2, 3, 4 - относительное время прихода сигнала от ИРИ к датчику i.

После ранжирования по перечислению Г. из полученных значений относительного времени прихода вычитают наименьшее из полученных значений.

Все остальные мероприятия выполняются без изменения сущности предлагаемого способа и мероприятий, связанных с размещением датчиков в пространстве.

В рассматриваемом варианте приемное устройство, передатчик и среда распространения сигнала объединены в каналообразующую аппаратуру. В качестве среды распространения сигнала может выступать открытое пространство или проводные, в том числе оптические, лини связи.

Пункт приема информации может быть как стационарным, так и подвижным, в том числе, он может размещаться и на одном из мобильных носителей датчика.

При размещении датчиков на высотных мобильных носителях и при определении координат ИРИ расположенных на поверхности Земли возможно снижение числа датчиков до трех.

При этом в системе (5) одно из уравнений замещается на уравнение (я), описывающее форму поверхности Земли с пересчетом координат расположения ее центра в расчетную систему координат.

В зависимости от требуемой точности местоопределения это может быть уравнение сферы где KЗ,RЗ соответствующая координата центра и радиус Земли или модель Земли в соответствии с [4]. Также могут использовать цифровые карты земной поверхности.

Второй вариант устройства отличается от ранее описанных тем, что в качестве датчиков, без изменения сущности заявляемого способа определения координат, могут использоваться не только датчики, реагирующие на радиоизлучение, но и датчики, реагирующие на излучения другой природы и/или других диапазонов длин волн. Например, акустические, гидроакустические, видимые, инфракрасные, ультрафиолетовые и т.д.

Устройство, реализующее этот вариант, идентично ранее описанным устройствам с тем отличием, что при расчете задержек должна использоваться скорость распространения того или иного излучения в среде распространения (скорость звука или ультразвука при работе с акустическими излучениями в открытом пространстве, скорость распространения гидроакустических волн в жидкостях и т.п.).

Список цитируемой литературы:

1. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. Под ред. B.C. Шебшаевича, П.П. Дмитриева, Н.В. Иванцевича. - М: Радио и связь, 1993. - 408 с.

2. Сайбель. А.Г. Гришин П.С. Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и реализующее его устройство. Патент РФ №2309420 от 27.10.2007.

3. Жаров В.Е. Сферическая астрономия. - Фрязино, 2006. - 480 с.

4. «ПАРАМЕТРЫ ЗЕМЛИ 1990 ГОДА» (ПЗ-90.11). Справочный документ. - Военно-топографическое управление Генерального штаба Вооруженных сил Российской Федерации, 2014 г. - 52 с.

5. Корн Г., Корн М. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М.: Наука, 1984. - 832 с.

1. Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения, включающий размещение четырех датчиков в разнесенных точках с известными координатами (хii,zi), i=1, 2, 3, 4, таким образом, чтобы объем тетраэдра V1234 был больше ноля, прием сигнала излученного источником радиоизлучения в момент времени t0 каждым датчиком, определение относительного времени запаздывания прихода сигнала от источника радиоизлучения на каждый датчик Δti=ti-t1, i=2, 3, 4, отличающийся тем, что производят ранжирование относительного запаздывания от наименьшего к наибольшему значению с присваиванием соответствующим точкам номера от 1 до 4, считая, что на датчик 1 сигнал пришел раньше, чем на другие датчики, размещение начала расчетной системы координат в точке 1, при этом ось OX проходит через точки с номерами 1 и 2, за положительное направление оси принимается направление от точки 1 к точке 2, в плоскости, образованной точками 1, 2 и 3, через точку 1 проводится ось OY перпендикулярно оси OX, за положительное направление выбираем направление в полуплоскость, которой принадлежит точка 3, ось OZ дополняет расчетную систему координат до правой, пересчет координат точек размещения датчиков из начальной в расчетную систему координат, составление и решение системы четырех нелинейных уравнений вида

(x-х)2+(у-уip)2+(z-zip)2=(R+Δri)2,

где: i=1, 2, 3, 4;

Кip - соответствующая координата датчика в расчетной системе координат;

Δri; - разность хода от источника радиоизлучения до датчика i,

R - дальность до источника радиоизлучения от датчика 1,

геометрическим местом точек, описываемых указанными функциями в расчетной системе координат, являются сферические поверхности, а координаты источника радиоизлучения определяют, как точку пересечения указанных поверхностей, при этом датчики размещены в пространстве так, что их расположение друг относительно друга не изменяется во времени.

2. Разностно-дальномерный способ по п. 1, отличающийся тем, что каждый датчик размещают на мобильном носителе, имеющем в своем составе навигационную аппаратуру и передатчик, на пункте приема информации осуществляется выделение данных о местоположении мобильного носителя, на основании этих данных и данных о местоположении в пункте приема информации, рассчитывают задержки распространения и осуществляют пересчет задержек в задержки распространения сигнала в точках расположения датчиков в соответствии с выражением

где: КППИ - соответствующая координата пункта приема информации;

Кi, i=1, 2, 3, 4 - соответствующая координата мобильного носителя;

с - скорость света;

ti - время прихода сигнала от датчика i на пункт приема информации;

i=1, 2, 3, 4 - относительное время прихода сигнала от ИРИ к датчику i,

после ранжирования из полученных значений относительного времени прихода вычитают наименьшее из полученных значений.

3. Разностно-дальномерный способ по п. 1, отличающийся тем, что в системе уравнений одно из уравнений замещается на уравнение, описывающее форму поверхности Земли с пересчетом координат расположения ее центра в расчетную систему координат.

4. Разностно-дальномерный способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве датчиков используют датчики, реагирующие на радиоизлучение любого из диапазонов длин волн инфракрасного, видимого, ультрафиолетового, рентгеновского или гамма-излучения или акустические излучения, а при расчете задержек распространения в среде используют скорость распространения того или иного излучения в веществе, находящегося в газообразном, жидком или в твердом состоянии.

5. Устройство, реализующее разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения по п. 1, содержащее датчики подсистемы фиксированных датчиков, расположенные в точках 1, 2, 3, 4 с известными координатами таким образом, чтобы объем тетраэдра V1234 был больше ноля и положение датчиков в пространстве друг относительно друга не изменялось во времени, каждый из которых связан с подсистемой измерения задержек распространения по линиям связи, обеспечивающей определение относительного времени запаздывания прихода сигнал от источника радиоизлучения на каждый датчик Δti=ti-t1, i=2, 3, 4, считая, что сигнал от ИРИ пришел на датчик 1 раньше, чем на остальные датчики, и передачу его в подсистему вычислителей, отличающееся тем, что подсистема вычислителей обеспечивает ранжирование значений временных задержек распространения от наименьшего к наибольшему значению с присвоением соответствующим точкам номера от 1 до 4, и расчет координат источника радиоизлучения указанным способом 1, при этом подсистема вычислителей связана со средствами регистрации и/или отображения подсистемы.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что каждый датчик размещается на мобильном носителе, в качестве которого может использоваться любое средство из группы: автомобиль, корабль, в том числе подводный, летательный аппарат, искусственный спутник Земли, имеющем в своем составе навигационную аппаратуру потребителя спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС/GPS и/или бортовую инерциальную навигационную аппаратуру и передатчик, а также приемное устройство, связанное с ними посредством канала связи любой природы (радиоканал, проводной канал связи), и размещенное на стороне подсистемы измерения задержек, подсистемы вычислителей и подсистемы регистрации и/или визуализации, с обеспечением пересчета времени относительного запаздывания прихода сигнала на приемную систему во время относительного запаздывания прихода сигнала на каждый датчик.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что в качестве датчиков используют датчики, работающие в инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом, рентгеновском или гамма-излучения диапазоне длин волн или регистрирующие акустические излучения и учитывающие скорость распространения указанных излучений в среде распространения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиолокации, радионавигации и может быть использовано для определения угловых координат источников излучения сигналов. Достигаемым техническим результатом изобретения является одновременная пеленгация источника излучения узкополосного сигнала и источника излучения широкополосного сигнала.

Изобретение относится к области радиолокации, радионавигации и может быть использовано для определения угловых координат источников излучения сигналов. Достигаемым техническим результатом изобретения является одновременная пеленгация источника излучения узкополосного сигнала и источника излучения широкополосного сигнала.

Изобретение относится к методам и системам пассивной радиолокации и может быть использовано для определения местоположения в трехмерном пространстве источника радиоизлучения (ИРИ), размещенного на летательном аппарате (ЛА) (самолет, вертолет и т.п.), за счет приема и последующей обработки электромагнитных волн, порожденных этим ИРИ.

Изобретение относится к радиолокации, радионавигации и может быть использовано в радиотехнических комплексах, определяющих параметры движения летательных аппаратов на основе фазового метода измерений.

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 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 радиотехнике, а именно к методам и системам пассивной радиолокации, и может быть использовано для определения местоположения в трехмерном пространстве источника радиоизлучения (ИРИ), размещенного на летательном аппарате (ЛА) (самолет, вертолет и т.п.), за счет приема и последующей обработки электромагнитных волн, порожденных этим ИРИ.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к методам и системам пассивной радиолокации, и предназначено для получения точных оценок местоположения заходящего на посадку летательного аппарата по излучаемому с его борта радиосигналу, и представляет собой комплекс радиоэлектронных средств, который содержит не менее двух узкобазовых подсистем, соединенных высокоскоростными линиями передачи информации с центральным пунктом обработки.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для определения местоположения и движения источников излучения радиосигналов. Достигаемый технический результат изобретения заключается в повышении точности пеленгации узкополосного сигнала на фоне широкополосной помехи.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в качестве устройства корреляционной обработки сигналов в составе корреляционно-фазового пеленгатора.

Заявленная группа изобретений относится к радиотехнике и может быть использована в системах местоопределения в целях радиоконтроля, навигации, активной и пассивной локации, наведения, целеуказания, поисково-спасательных работ. Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения, включающий размещение четырех датчиков в разнесенных точках с известными координатами, i1, 2, 3, 4, таким образом, чтобы объем тетраэдра V1234 был больше ноля, прием сигнала каждым датчиком, определение относительного времени запаздывания прихода сигнала от ИРИ на каждый датчик, ранжирование относительного запаздывания от наименьшего к наибольшему значению с присваиванием соответствующим точкам номера от 1 до 4, построение расчетной системы координат с началом в точке 1, составление и решение системы четырех нелинейных уравнений вида2+2+22,где: i1, 2, 3, 4;Δri - разность хода сигнала от источника радиоизлучения до датчика i;Kip - соответствующие координаты датчика в расчетной системе координат;R - дальность до ИРИ от первого датчика,геометрическим местом точек, описываемых указанными функциями в расчетной системе координат, являются сферические поверхности, с центрами в точках размещения датчиков, а координаты ИРИ определяют, как точку пересечения указанных поверхностей. Устройство, реализующее разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения, содержит датчики, расположенные в точках 1, 2, 3, 4, с известными координатами таким образом, чтобы объем тетраэдра V1234>0, каждый из которых связан с подсистемой измерения задержек распространения по линиям связи, после обработки в которой данные поступают в подсистему вычислителей и далее в подсистему регистрации иили отображения. В подсистеме вычислителей программными или программно-аппаратными средствами реализуется предлагаемый способ, обеспечивающий повышение быстродействия и точности однозначного местоопределения ИРИ. Достигаемым техническим результатом является повышение быстродействия и точности однозначного определения координат источника радиоизлучения и обеспечивается за счет существенного снижения количества расчетных операций с использованием конечного числа членов бесконечного ряда и существенного упрощения расчетных соотношений, используемых при реализации заявленного способа. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 6 ил.

Наверх