[go: up one dir, main page]

RU2696086C1 - Способ определения координат источника радиоизлучения - Google Patents

Способ определения координат источника радиоизлучения Download PDF

Info

Publication number
RU2696086C1
RU2696086C1 RU2018122597A RU2018122597A RU2696086C1 RU 2696086 C1 RU2696086 C1 RU 2696086C1 RU 2018122597 A RU2018122597 A RU 2018122597A RU 2018122597 A RU2018122597 A RU 2018122597A RU 2696086 C1 RU2696086 C1 RU 2696086C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coordinates
iri
anep
rfs
meters
Prior art date
Application number
RU2018122597A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Николаевич Агиевич
Андрей Викторович Красюков
Владимир Витальевич Севидов
Луиза Мухсиновна Севидова
Original Assignee
федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2018122597A priority Critical patent/RU2696086C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2696086C1 publication Critical patent/RU2696086C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0205—Details
    • G01S5/0215—Interference
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0284—Relative positioning
    • G01S5/0289—Relative positioning of multiple transceivers, e.g. in ad hoc networks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/288—Coherent receivers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам определения местоположения источника радиоизлучения (ИРИ), и может быть использовано в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения подвижного ИРИ на произвольной высоте, в частности, расположенного на летательном аппарате. Технический результат изобретения - разработка высокоточного способа определения координат ИРИ в пространстве на основе использования сферических поверхностей положения (СПП) ИРИ, формируемых вращением окружностей Апполония вокруг осей, соединяющих соответствующие фокусы. При этом в качестве фокусов окружностей Апполония выступают точки расположения измерителей в 3-мерном пространстве в условиях наложения ограничения на время, затрачиваемое на определение координат ИРИ. Способ основан на приеме радиосигналов ИРИ в заданной полосе частот ΔF с помощью N≥5 измерителей с известными координатами и запоминании N≥5 координатно-информативных параметров, в качестве которых используют амплитуды напряженностей электрического поля в местах расположения измерителей, при этом вычисляют N-1 коэффициентов окружностей Апполония, формируют N-1 СПП ИРИ, а в качестве координат ИРИ в пространстве принимают координаты точки пересечения N-1 указанных СПП ИРИ. Приложения А, Б, В, 3 ил.

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам определения местоположения источника радиоизлучения (ИРИ), и может быть использовано в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения ИРИ на произвольной высоте, в частности, расположенного на летательном аппарате (ЛА).
Известен разностно-энергетический способ определения координат местоположения ИРИ [1]. Для реализации данного способа последовательно выполняют следующие этапы:
размещают три стационарных измерителя амплитуд напряженностей электрического поля (АНЭП) в точках с известными координатами, не на одной прямой, один из которых принимают за базовый, а два оставшихся за периферийные;
измеряют и усредняют значения уровней АНЭП, создаваемых ИРИ в каждом измерителе;
передают на базовый измеритель значения АНЭП двух периферийных измерителей;
вычисляют три значения отношений попарных АНЭП полученных в базовом и двух периферийных измерителях;
составляют три уравнения окружностей с центрами, соответствующими координатам измерителей, и радиусами обратно-пропорциональными отношениям попарных АНЭП;
на основе полученных квадратов отношений попарных АНЭП и вычисленных квадратов расстояний между измерителями, составляют определитель Кели-Мегнера, по которому определяют действительные расстояния от постов до ИРИ;
по любым двум, из трех возможных, парам уравнений окружностей положения ИРИ определяют текущие значения широты и долготы местоположения ИРИ.
Недостатками аналога [1] являются:
длительное время определения координат ИРИ, связанное с необходимостью циркуляции информации между стационарными измерителями;
возникновение ошибки в определении координат ИРИ, обусловленной отсутствием учета высоты ИРИ и отсутствием учета высот измерителей;
неоднозначность определения координат ИРИ, возникающей пересечением двух окружностей положения ИРИ, которые в свою очередь пересекаются, в общем случае, в двух точках.
Известен способ определения местоположения пользовательского терминала с использованием двух спутников-ретрансляторов [2]. Указанный способ заключается в том, что на основе измерений временных задержек и частотных сдвигов между переданными и принятыми тестовыми сигналами системы, с учетом известных координат первого и второго спутников-ретрансляторов СР1, СР2, векторов их скоростей
Figure 00000001
,
Figure 00000002
, координат узла межсетевого сопряжения (УМС) и предварительно заданных частот конвертирования
Figure 00000003
,
Figure 00000004
рабочих частот СР1, СР2, вычисляют широту ϕПТ и долготу λПТ пользовательского терминала (ПТ).
Для реализации указанного известного способа выполняют следующие этапы:
определяют расстояние
Figure 00000005
между первым CP1 и ПТ;
определяют расстояние
Figure 00000006
между вторым СР2 и ПТ;
измеряют модуль
Figure 00000007
, азимут αПТ вектора скорости пользовательского терминала и его высоту hПТ относительно земной поверхности;
вычисляют в УМС доплеровские сдвиги частот
Figure 00000008
и
Figure 00000009
первого и второго узкополосных тестовых сигналов, обусловленные радиальными скоростями ПТ относительно CP1 и CP2, для чего предварительно определяют вероятные местоположения ПТ с учетом известных координат CP1, CP2 и определенных параметров
Figure 00000010
и
Figure 00000011
;
определяют, по меньшей мере, один из параметров: радиальную скорость
Figure 00000012
перемещения первого CP1 относительно ПТ, и/или радиальную скорость
Figure 00000013
перемещения второго CP2 относительно ПТ, с учетом доплеровских сдвигов частот
Figure 00000014
и
Figure 00000015
;
вычисляют широту ϕПТ и долготу λПТ ПТ.
Недостатками способа определения местоположения ПТ с использованием двух спутников-ретрансляторов [2] являются:
длительное время определения координат ЗС, связанное с необходимостью проведения дополнительных измерений модуля, азимута вектора скорости ПТ и его высоты относительно земной поверхности,
необходимость ответной передачи тестовых сигналов с ПТ, чьи координаты необходимо определить в УМС через СР.
Из известных способов наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого способа по своей технической сущности является способ определения координат ИРИ с использованием летательного аппарата [3], заключающийся в том, что:
выбирают 3-мерную декартову систему координат (ДСК) для производства измерений и расчетов;
размещают измеритель на ЛА;
перемещают указанный ЛА в пространстве;
принимают радиосигнал ИРИ в заданной полосе частот ΔF;
измеряют и запоминают первичные координатно-информативные параметры принятого радиосигнала, в качестве которых используют АНЭП, создаваемую ИРИ в точке приема;
измеряют и запоминают вторичные параметры (ВП) - координаты местоположения ЛА;
многократно измеряют и запоминают совокупности АНЭП En (где n=1…N) и ВП - координаты ЛА в 3-х мерной ДСК xn, yn и zn в процессе перемещения ЛА;
вычисляют N - 1 коэффициентов окружностей Апполония, как отношений АНЭП, перемноженных на обратные отношения высот ЛА в соответствующих точках измерения;
формируют N - 1 сферических поверхностей положения (СПП) ИРИ путем построения и последующего вращения окружностей Апполония вокруг осей, соединяющих соответствующие фокусы;
в качестве координат ИРИ в пространстве принимают координаты точки пересечения N - 1 указанных СПП ИРИ.
Недостатками способа прототипа являются:
относительно невысокая точность определения координат ИРИ, обусловленная ошибками предварительного определения координат БЛА при каждом измерении АНЭП [4];
длительное время определения координат ИРИ, связанное с необходимостью полета ЛА по траектории, длина которой, соизмерима с расстоянием от БЛА до ИРИ [5];
невозможность определения координат ИРИ, размещенных на подвижных объектах, в частности на ЛА.
Целью изобретения является разработка способа, обеспечивающего более высокую точность определения координат ИРИ в 3-мерном пространстве в условиях наложения ограничения на время, затрачиваемое на определение координат ИРИ на основе формирования СПП ИРИ путем построения и последующего вращения окружностей Апполония вокруг осей, соединяющих их фокусы. При этом фокусы окружностей Апполония соответствуют точкам расположения измерителей с известными координатами в 3-х мерном пространстве.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения координат ИРИ, включающем выбор 3-мерной ДСК для производства измерений и расчетов, прием радиосигнала ИРИ в заданной полосе частот ΔF, измерение и запоминание N≥5 АНЭП En, где n=1…N, создаваемых ИРИ в точках приема, выделение в качестве опорной g-ю, где g=1, 2, ..., N, АНЭП, формирование N - 1 отличающихся друг от друга пар АНЭП, при этом одним из элементов в каждой из пар выбирают g-ю опорную АНЭП, вычисление для каждой сформированной пары АНЭП коэффициента окружности Апполония используя отношения соответствующих АНЭП, формирование N - 1 СПП ИРИ на основе коэффициентов окружностей Апполония, вычисление координат ИРИ используя указанные СПП предварительно выбирают район ведения радиомониторинга. Устанавливают на земной поверхности N≥5 измерителей АНЭП на позициях с известными координатами xKn, yKn, zKn, где n=1…N - номер измерителя АНЭП. Для каждой сформированной пары АНЭП вычисляют коэффициент окружности Апполония как отношение АНЭП, перемноженное на обратное отношение высот измерителей АНЭП относительно поверхности земли.
В качестве фокусов окружности Апполония принимают координаты точек, соответствующих координатам измерителей АНЭП. На основе коэффициентов окружностей Апполония и известных координат измерителей АНЭП формируют N - 1 СПП ИРИ путем построения и последующего вращения окружностей Апполония вокруг осей, соединяющих соответствующие фокусы. В качестве координат ИРИ в пространстве принимают координаты точки пересечения N - 1 указанных СПП ИРИ.
Благодаря перечисленной новой совокупности существенных признаков, за счет формирования СПП ИРИ путем построения и последующего вращения окружностей Апполония вокруг осей, соединяющих фокусы, соответствующие известным координатам измерителей АНЭП, достигается цель изобретения: повышение точности определения координат ИРИ в 3-мерном пространстве в условиях наложения ограничения на время, затрачиваемое на определение координат ИРИ.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:
на фиг. 1 - геометрическая основа системы измерения координатно-информативных параметров обнаруженных радиосигналов;
на фиг. 2 - порядок построения линии положения ИРИ - окружности Апполония;
на фиг. 3 - порядок построения ССП ИРИ, за счет вращения окружности Апполония вокруг оси, соединяющей ее фокусы.
Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. При установке ИРИ I на подвижном объекте, например, на ЛА, ИРИ излучает радиосигналы в известной полосе частот ΔF.
Измерители с известными координатами, осуществляют прием радиосигналов согласованным с ИРИ трактом.
Геометрическая основа системы измерения координатно-информативных параметров радиосигналов, в качестве которых используют АНЭП, отображена на фиг. 1, которая включает: 3-х мерную ДСК OXYZ, выбранную так, чтобы плоскость OXY совпадала с поверхностью земли Ω 9 (см. фиг. 1), а ось OZ - направлена вверх; две точки нахождения измерителей АНЭП K1 1 (см. фиг. 1) и K2 2 (см. фиг. 1) с известными координатами (x1; y1; z1) и (x2; y2; z2); ИРИ I расположенный на ЛА 3 (см. фиг. 1), координаты которого (xи; yи; zи) необходимо определить.
На фиг. 1 обозначены расстояния от K1 и K2 до I как r1 4 (см. фиг. 1) и r2 5 (см. фиг. 1) соответственно, а также высоты измерителей K1, K2 и высота ИРИ I, отсчитываемые от поверхности земли Ω, которые в выбранной системе координат равны z1 6 (см. фиг. 1), z2 7 (см. фиг. 1) zи 8 (см. фиг. 1) соответственно.
Используя измеренные АНЭП и известные координаты двух измерителей с K1 и K2 возможно построения линии положения ИРИ - окружности Апполония.
Для построения окружности Апполония 10 (см. фиг. 2) вводят вспомогательную 2-мерную ДСК O'X'Y' (см. фиг. 2) в плоскости, которая включает точки K1, K2 и I.
Аналитическая интерпретация алгоритма построения окружности Апполония раскрыта в приложении А, которая сводится к нахождению в ДСК O'X'Y' значений абсциссы а'2,1 и ординаты b'2,1 центра O2,1 11 (см. фиг. 2) и значения радиуса
Figure 00000016
12 (см. фиг. 2).
Полученная окружность Апполония с фокусами в точках K1 и K2, представляет собой набор точек, обладающих общим свойством, выражающимся в том, что при нахождении в любой этой точке указанной окружности ИРИ I, коэффициент окружности Апполония k2,1 будет одинаковым. Следовательно, наличие этой окружности снижает неопределенность нахождения ИРИ I. Для последующего нахождения координат строят вторую окружность Апполония, наличие которой сводит неоднозначность определения координат ИРИ до двух точек (две окружности в общем случае пересекаются в двух точках). Полностью устраняет неоднозначность наличие третьей окружности Апполония.
Определение координат ИРИ на основе 4-х измерений и построения 3-х окружностей Апполония возможно только в том случае, когда априорно известна высота ИРИ. Однако, при решении задачи в 3-х мерном пространстве, в общем случае высоты I, K1, и K2 не равны друг другу, а координаты ИРИ I априорно неизвестны, поэтому не представляется возможным выбора плоскости, образованной точками I, K1, и K2 и выбрать 2-мерную ДСК O'X'Y'.
В заявленном способе, для условий, когда высоты измерителей различны, а высота ИРИ - произвольная, для повышения точности определения координат ИРИ, используют СПП ИРИ, построенные вращением окружностей Апполония вокруг осей, соединяющих соответствующие фокусы. При этом фокусы окружностей Апполония соответствуют точкам расположения измерителей в 3-мерном пространстве в момент измерения.
Аналитическая интерпретация алгоритма построения СПП ИРИ, за счет вращения окружности Апполония вокруг оси, соединяющей ее фокусы, раскрыта в приложении Б, которая сводится к нахождению в системе координат OXYZ значений абсциссы a 2,1, ординаты б2,1 и аппликата с2,1 центра O2,1 и значения радиуса R2,1 13 (см. фиг. 3) окружности Апполония.
Полученная СПП ИРИ 14 (см. фиг. 3), образованная вращением окружности Апполония 10 вокруг оси K1K2 15 (см. фиг. 3), представляет собой набор точек, повторяющих свойство точек окружности Апполония, выражающимся в том, что при нахождении в любой точке этой СПП коэффициент k2,1 окружности Апполония будет одинаковым.
Наличие одной СПП ИРИ приводит к неоднозначности относительно координат ИРИ, выражающейся набором точек, образующих данную СПП ИРИ.
Наличие второй СПП ИРИ снижает неоднозначность относительно координат ИРИ до набора точек, образующих окружность, так как две сферы, в общем случае, пересекаются по окружности.
Наличие третьей СПП ИРИ снижает неоднозначность относительно координат ИРИ до двух точек, так как три сферы, в общем случае, пересекаются в двух точках.
Наличие четвертой СПП ИРИ полностью устраняет неоднозначность относительно координат ИРИ, так как четыре сферы в общем случае пересекаются в одной точке.
Таким образом, минимально необходимые количество измерений АНЭП для определения координат ИРИ, равно пяти, тогда возможно построение четырех СПП ИРИ. Однако, в общем случае, существует возможность проведения N≥5 АНЭП и формирования N - 1 СПП ИРИ. При этом точность определения координат ИРИ за счет избыточности независимых измерений будет возрастать, а время, затрачиваемое на определение координат ИРИ будет увеличиваться.
Для реализации заявленного изобретения последовательно выполняют следующую последовательность действий:
1. Выбирают район ведения радиомониторинга.
2. Размещают не менее пяти измерителей АНЭП Kn на позициях с известными координатами xKn, yKn, zKn, где n=1…N - номер измерителя АНЭП.
3. Формируют N - 1 отличающихся друг от друга пар АНЭП, при этом одним из элементов в каждой из пар выбирают g-ю опорную АНЭП.
4. Для каждой сформированной пары АНЭП вычисляют коэффициент окружности Апполония как отношение АНЭП, перемноженное на обратное отношение высот измерителей АНЭП относительно поверхности земли.
5. На основе коэффициентов окружностей Апполония формируют N - 1 сферических поверхностей положения (СПП) ИРИ.
6. В качестве координат ИРИ в пространстве принимают координаты точки пересечения N - 1 указанных СПП ИРИ.
В качестве примера реализации заявленного изобретения в приложении В представлена аналитическая интерпретация алгоритма построения четырех СПП ИРИ и нахождения точки их пересечения. В рассмотренном примере в качестве опорной выбирают первую АНЭП. В качестве опорной возможен выбор любой g-й, где g=1, 2, …, N, АНЭП. При этом результат измерений не изменяется.
При размещении измерителей АНЭП на позициях с известными координатами решают противоречивую задачу: с одной стороны - расстояние между измерителями необходимо увеличивать для повышения точности определения координат ИРИ, с другой стороны - такое расстояние необходимо уменьшать, для повышения совместной зоны радиовидимости измерителей. Целесообразным представляется выбор расстояния между точками приема в интервале от двух до пяти км.
В аналитической интерпретации алгоритма нахождения точки пересечения четырех СПП ИРИ, образованных вращением окружностей Апполония вокруг осей, соединяющих соответствующие фокусы, сводят к решению системы уравнений (В.4). Алгоритм решения такой системы, выходными параметрами которого являются координаты ИРИ хи, yи и zи, также представлен в приложении В.
Дополнительно повышают точность определения координат ИРИ за счет избыточности измерений. Указанные измерения АНЭП возможно проводить каждым из N измерителей М≥2 раз. Такие измерения можно считать независимыми. На основе результатов проведенных измерений составляют
Figure 00000017
(где
Figure 00000018
- число всех различных сочетаний из 2 по N) уравнений типа (Б.4), количество которых равно:
Figure 00000019
Данное обстоятельство позволяет повысить точность определения координат ИРИ, при этом порядок реализации описанного в приложении В итерационного алгоритма не изменяют.
Имитационное моделирование заявленного способа определения координат ИРИ показало повышение точности определения координат ИРИ по сравнению со способом прототипом на 10…20% (в зависимости от высот расположения измерителей АНЭП и высоты ИРИ), при решении задачи в 3-мерном пространстве в условиях наложения ограничения на время, затрачиваемое на определение координат ИРИ, что указывает на возможность достижения указанного технического результата.
Источники информации:
1. Логинов Ю.И., Екимов О.Б., Антипин Б.М., Гриценко А.А., Портнаго Л.Б. Разностно-энергетический способ определения координат местоположения источников радиоизлучения Патент RU №2505835, опубл. 27.01.2014 Бюл. №3.
2. Волков Р.В., Саяпин В.Н., Севидов В.В. Способ определения местоположения пользовательского терминала с использованием двух спутников-ретрансляторов. Патент RU №2605457, опубл. 20.12.2016. Бюл. №35.
3. Агиевич С.Н., Дворников С.В., Земсков Д.С., Севидов В.В., Федоренко И.В. Способ определения координат источника радиоизлучения с использованием летательного аппарата. Патент RU №2644580, опубл. 13.02.2018 Бюл. №5.
4. Богдановский С.В., Волков Р.В., Севидов В.В., Симонов А.Н. Способ поляризационного пеленгования радиосигналов. Патент RU №2624449, опубл. 4.07.2017. Бюл. №19.
5. Агиевич С.Н., Земсков Д.С., Севидов В.В. Определение координат источников радиоизлучения с использованием беспилотного летательного аппарата. Инновационная деятельность в Вооруженных Силах Российской Федерации: Труды всеармейской научно-практической конференции. 11-12 октября 2017 года, - СПб.: ВАС, 2017. С. 37-39.
Приложение А
Аналитическая интерпретация алгоритма построения линии положения ИРИ - окружности Апполония
АНЭП Епр в точке приема, в соответствии с квадратичной формулой Введенского, равна:
Figure 00000020
где Ри - мощность радиосигнала на выходе радиопередатчика ИРИ, Gи и Gпр - коэффициенты усиления антенн ИРИ и приемника (в разах) соответственно; λ - длина волны радиосигнала, r - расстояние между ИРИ и приемником, hи и hпр - высоты антенн ИРИ и приемника соответственно.
Для построения окружности Апполония вводят декартову систему координат O'X'Y' (см. фиг. 2) в плоскости, которая включает точки I, K1 и K2.
Полагают, что в системе координат O'X'Y', точки K1, и K2 имеют следующие декартовы координаты: (x'1; y'1) и (x'2; y'2) соответственно. Тогда выражение (А.1) расчета амплитуд напряженности поля E1 и E2 в точках приема для каждого из двух измерителей K1, и K2 записывают в виде:
Figure 00000021
Figure 00000022
где z1, z2 и zи - высоты измерителей K1, и K2 и высота ИРИ I, отсчитываемые от поверхности земли Ω, (x'и; y'и) - неизвестные координаты ИРИ в системе координат О'X'Y'.
Разделив правые и левые части уравнения (А.3) на правые и левые части уравнения системы (А.2), приняв в качестве допущения то, что коэффициенты усиления антенны ИРИ в направлении на K1, и K2 равны между собой (такое допущение справедливо в случае, когда антенна ИРИ ненаправленная, а также в случае, когда расстояния r1 и r2 велики по сравнению с расстояниями между K1, и K2), получают:
Figure 00000023
где k2,1 - введенный коэффициент окружности Апполония, который можно определить, на основе измеренных амплитуд напряженности поля E1 и E2 и высот z1 и z2 каждого из измерителей K1, и K2.
Уравнение (A.4) после арифметических преобразований представляется уравнением окружности Апполония 10 (см. фиг. 1):
Figure 00000024
где а'2,1, b'2,1 - абсцисса и ордината центра, а
Figure 00000025
- радиус окружности Апполония, которые, в свою очередь равны:
Figure 00000026
Figure 00000027
Приложение Б
Аналитическая интерпретация алгоритма построения СПП ИРИ, за счет вращения окружности Аполония вокруг оси, соединяющей ее фокусы
Полагают, что в системе координат OXYZ, точки K1, и K2 имеют следующие известные декартовы координаты: (x1; y1; z1) и (x2; y2; z2) соответственно. Тогда выражение (АЛ) для каждого из двух измерителей записывают в виде:
Figure 00000028
Figure 00000029
где (xи; yи; zи) - неизвестные координаты ИРИ в системе координат OXYZ.
Разделив правые и левые части уравнения (Б.2) на правые и левые части уравнения системы (Б.1) получают:
Figure 00000030
Уравнение (Б.3) после арифметических преобразований представляется уравнением СПП ИРИ 14 (см. фиг. 3), образованной вращением окружности Апполония 10 вокруг оси K1K2:
Figure 00000031
где a 2,1, b2,1, c2,1 - абсцисса, ордината и аппликата центра, a R2,1 - радиус СПП ИРИ, которые, в свою очередь равны:
Figure 00000032
Figure 00000033
Приложение В
Аналитическая интерпретация алгоритма построения четырех СПП ИРИ и нахождения точки их пересечения
По аналогии с уравнением (Б.4), полученным в приложении Б выводят аналитические выражения для второй, третьей и четвертой СПП ИРИ, образованными вращением окружностей Апполония вокруг осей, соединяющих соответствующие фокусы:
Figure 00000034
Figure 00000035
Figure 00000036
где a 3,1, b3,1, c3,1 - абсцисса, ордината и аппликата центра второй СПП ИРИ, a 4,1, b4,1, c4,1 - абсцисса, ордината и аппликата центра третьей СПП ИРИ, a 5,1, b5,1, c5,1 - абсцисса, ордината и аппликата центра четвертой СПП ИРИ, R3,1, R4,1, R5,1 _ радиусы второй, третьей и четвертой СПП ИРИ, которые, в свою очередь равны:
Figure 00000037
Figure 00000038
Figure 00000039
Figure 00000040
Figure 00000041
Figure 00000042
где
Figure 00000043
Figure 00000044
Figure 00000045
- введенные коэффициенты окружностей Апполония.
Полученные выражения (Б.4), (B.1), (В.2) и (В.3) образуют систему уравнений:
Figure 00000046
Для решения системы уравнений (В.4) применяют следующий итерационный алгоритм, включающий следующие этапы:
Этап 1. Задают произвольные, но для быстрой сходимости наиболее правдоподобные опорные координаты ИРИ I x'и, y'и, z'и.
Этап 2. Определяют значения функций
Figure 00000047
,
Figure 00000048
,
Figure 00000049
и
Figure 00000050
системы уравнений (В.4) в точке с координатами x'и, y'и, z'и:
Figure 00000051
Figure 00000052
Figure 00000053
Figure 00000054
Этап 3. Рассчитывают невязки n2,1, n3,1, n4,1, и n5,1 по формулам
Figure 00000055
Этап 4. Составляют систему уравнений на основе разложений функций
Figure 00000056
,
Figure 00000057
,
Figure 00000058
и
Figure 00000059
в ряды Тейлора с точностью до первых производных:
Figure 00000060
где Δx, Δy, Δz - неизвестные значения приращений соответствующих координат требуемых для минимизации невязок.
Частные производные в выбранной опорной точке равны:
Figure 00000061
Figure 00000062
Figure 00000063
Figure 00000064
Этап 5. Решают систему уравнений (В.5), с помощью метода наименьших квадратов, для чего предварительно записывают ее в матричной форме:
Figure 00000065
где
Figure 00000066
- вектор столбец искомых приращений соответствующих координат,
Figure 00000067
- вектор столбец невязок соответственно «Т» - знак транспонирования вектора (матрицы),
Figure 00000068
- матрица частных производных функций
Figure 00000069
,
Figure 00000070
,
Figure 00000071
и
Figure 00000072
в точке с координатами x'и, y'и, z'и.
Обе части уравнения (В.6) умножают на транспонированную матрицу системы АT:
Figure 00000073
Затем обе части уравнения (В.7) умножают на матрицу (АТА)-1. Если эта матрица существует, то система определена.
Figure 00000074
С учетом того, что
Figure 00000075
- единичная матрица, получают решение системы уравнений (В.6) в следующем матричном виде:
Figure 00000076
Этап 6. Определяют новые опорные координаты ИРИ I x'', y'' и z'':
Figure 00000077
Этапы 1…6 в совокупности образуют первую итерацию. Далее итерации повторяют, используя каждый раз новые опорные координаты ИРИ I, полученные на этапе 6 предыдущей итерации. Количество необходимых итераций L зависит от корректности выбора начальных опорных координаты (этап 1) и требуемой точности определения координат ИРИ. С точностью связан шаг итерации dL, определяемый как расстояние между точками с текущими опорными координатами ИРИ и предыдущими опорными координатами ИРИ. Шаг итерации сравнивают с предварительно заданным порогом. По результатам сравнения принимают решение: если шаг итерации больше порога - производят следующую итерацию, если меньше -завершают алгоритм. Необходимое число итераций для решения задачи координатометрии по определению координат ИРИ, как правило, не превышает четырех.
При завершении итераций в качестве координат ИРИ xи, yи и zи выбирают значения опорных координат на последней итерации, которые являются выходными результатами представленного алгоритма.

Claims (1)

  1. Способ определения координат источника радиоизлучения (ИРИ), заключающийся в том, что выбирают 3-мерную декартову систему координат (ДСК) для производства измерений и расчетов, принимают радиосигнал ИРИ в заданной полосе частот ΔF, измеряют и запоминают N≥5 амплитуд напряженностей электрического поля (АНЭП)
    Figure 00000078
    где n=1…N, создаваемых ИРИ в точках приема, выделяют в качестве опорной g-ю, где g=1, 2, …, N, АНЭП, формируют N-1 отличающихся друг от друга пар АНЭП, при этом одним из элементов в каждой из пар выбирают g-ю опорную АНЭП, для каждой сформированной пары АНЭП вычисляют коэффициент окружности Апполония, используя отношения соответствующих АНЭП, на основе коэффициентов окружностей Апполония формируют N-1 сферических поверхностей положения (СПП) ИРИ, используя указанные СПП вычисляют координаты ИРИ, отличающийся тем, что предварительно выбирают район ведения радиомониторинга, устанавливают на земной поверхности N≥5 измерителей АНЭП на позициях с известными координатами xKn, yKn, zKn, где n=1…N - номер измерителя АНЭП, для каждой сформированной пары АНЭП вычисляют коэффициент окружности Апполония как отношение АНЭП, перемноженное на обратное отношение высот измерителей АНЭП относительно поверхности земли, а в качестве фокусов окружности Апполония принимают координаты точек, соответствующих координатам измерителей АНЭП, на основе коэффициентов окружностей Апполония и известных координат измерителей АНЭП формируют N-1 СПП ИРИ путем построения и последующего вращения окружностей Апполония вокруг осей, соединяющих соответствующие фокусы, а в качестве координат ИРИ в пространстве принимают координаты точки пересечения N-1 указанных СПП ИРИ.
RU2018122597A 2018-06-19 2018-06-19 Способ определения координат источника радиоизлучения RU2696086C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122597A RU2696086C1 (ru) 2018-06-19 2018-06-19 Способ определения координат источника радиоизлучения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122597A RU2696086C1 (ru) 2018-06-19 2018-06-19 Способ определения координат источника радиоизлучения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2696086C1 true RU2696086C1 (ru) 2019-07-31

Family

ID=67586827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018122597A RU2696086C1 (ru) 2018-06-19 2018-06-19 Способ определения координат источника радиоизлучения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2696086C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0836040A (ja) * 1994-07-25 1996-02-06 Mitsubishi Electric Corp 電波源の位置標定装置
US6791493B1 (en) * 2003-08-21 2004-09-14 Northrop Grumman Corporation Method for using signal frequency change to differentially resolve long baseline interferometer measurements
WO2005045459A2 (en) * 2003-09-22 2005-05-19 Northrop Grumman Corporation Direction finding method and system using digital directional correlators
RU2305851C2 (ru) * 2005-07-18 2007-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" Способ определения координат источника радиоизлучения
JP2011112370A (ja) * 2009-11-24 2011-06-09 Nec Corp 信号源探索方法及び信号源探索システム
RU2594759C1 (ru) * 2015-10-28 2016-08-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Способ и устройство определения координат источника радиоизлучения
RU2644580C1 (ru) * 2017-05-31 2018-02-13 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Способ определения координат источника радиоизлучения с использованием летательного аппарата

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0836040A (ja) * 1994-07-25 1996-02-06 Mitsubishi Electric Corp 電波源の位置標定装置
US6791493B1 (en) * 2003-08-21 2004-09-14 Northrop Grumman Corporation Method for using signal frequency change to differentially resolve long baseline interferometer measurements
WO2005045459A2 (en) * 2003-09-22 2005-05-19 Northrop Grumman Corporation Direction finding method and system using digital directional correlators
RU2305851C2 (ru) * 2005-07-18 2007-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" Способ определения координат источника радиоизлучения
JP2011112370A (ja) * 2009-11-24 2011-06-09 Nec Corp 信号源探索方法及び信号源探索システム
RU2594759C1 (ru) * 2015-10-28 2016-08-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Способ и устройство определения координат источника радиоизлучения
RU2644580C1 (ru) * 2017-05-31 2018-02-13 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Способ определения координат источника радиоизлучения с использованием летательного аппарата

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11372072B2 (en) Radio beacon system
RU2644580C1 (ru) Способ определения координат источника радиоизлучения с использованием летательного аппарата
JP2019086506A (ja) 推定装置、推定方法、及びプログラム
RU2709607C1 (ru) Способ определения координат источника радиоизлучений с борта летательного аппарата с использованием триортогональной антенной системы
RU2695642C1 (ru) Способ определения местоположения наземного источника радиоизлучения
US20170082722A1 (en) Kalman filtered correlation intefereomtry geolocation
RU2714502C1 (ru) Способ определения координат источника радиоизлучений с борта летательного аппарата с использованием триортогональной антенной системы
RU2610150C1 (ru) Способ определения координат наземного источника радиоизлучения при радиопеленговании с борта летательного аппарата
RU2696086C1 (ru) Способ определения координат источника радиоизлучения
RU2680969C1 (ru) Способ навигации летательных аппаратов
Grabbe et al. Geo-location using direction finding angles
CN109412710B (zh) 一种天线传输性能评估方法和装置
Elfadil et al. Indoor navigation algorithm for mobile robot using wireless sensor networks
JP2019086507A (ja) 表示装置
US6373426B1 (en) Radar station and radar system comprising at least two such stations
RU2713193C1 (ru) Способ межпозиционного отождествления результатов измерений и определения координат воздушных целей в многопозиционной радиолокационной системе
Li et al. A novel single satellite passive location method based on one-dimensional cosine angle and Doppler rate of changing
RU2668566C2 (ru) Однопозиционный мультипликативный разностно-относительный способ определения координат местоположения источников радиоизлучения
RU2670976C9 (ru) Способ определения местоположения источника радиоизлучения с периодической структурой сигнала и вращающейся направленной антенной
RU2758979C1 (ru) Способ автоматического измерения параметров диаграммы направленности антенны в дальней зоне методом облета с помощью бла
RU2325666C2 (ru) Разностно-дальномерный способ пеленгования источника радиоизлучения
RU2640354C1 (ru) Способ комплексной калибровки пеленгатора - корреляционного интерферометра на мобильном носителе
RU2657237C1 (ru) Однопозиционный способ определения координат местоположения источников радиоизлучения
Janicka et al. An example and analysis for ambiguity resolution in the indoor ZigBee positioning system
RU2578671C1 (ru) Способ определения угловой ориентации летательного аппарата в среде глобальных радионавигационных систем

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200620