Методи визначення розташування об'єктів. Дальномірно-різновідно-дальномірний спосіб визначення координат розташування джерел радіовипромінювання і пристрій, що його реалізує Заштрихована поверхня - метод N-пеленгів

Радіотехнічні методи зовнішньотраєкторних вимірів

Апаратура зовнішньотраєкторних вимірювань, заснована на радіотехнічному принципі, порівняно з оптичною, має більшу дальність стеження і більш універсальна. Вона дозволяє визначати як кутові координати ЛА, а й дальність до об'єкта, його швидкість, напрямні косинуси лінії дальності тощо.

Вимірювання дальностіу радіотехнічних системах зводиться до визначення часу затримки t Dприходу випромінюваних або відбитих радіосигналів, які пропорційні дальності

D=ct D ,

де з=3×10 8 м/с - швидкість поширення радіохвиль.

Залежно від виду сигналу визначення t Dможе проводитися вимірюванням фазового, частотного або безпосередньо тимчасового зсуву щодо опорного сигналу. Найбільшого практичного застосування знайшли імпульсний (тимчасовий)і фазові методи.У кожному їх вимірювання дальності може здійснюватися як беззапитовим, так і запитнимспособом. У першому випадку дальність D=ct D, у другому - D = 0,5ct D.

При беззапитовий імпульсний методна борту ЛА та на Землі встановлюються високоточні хронізатори х 1і х 2, що синхронізуються перед запуском (Мал. 9.5). Відповідно до імпульсів u 1хронізатора х 1бортовий передавач Пвипромінює імпульсні сигнали з періодом Т. Наземний приймальний пристрій П рприймає їх через t D = D/c. Інтервал t Dміж імпульсами наземного хронізатора u 2та імпульсами u 1на виході приймача відповідає вимірюваної дальності.

При запитному імпульсному методісигнал надсилається наземним передавачем, приймається бортовим приймачем і ретранслюється назад.

Мал. 9.5. Принцип виміру дальності імпульсним беззапитовим методом.

Точність цих методів підвищується із збільшенням частоти імпульсів.

Фазовий методвимірювання дальності полягає в тому, що запізнення сигналу визначається за фазовим зсувом між запитним і сигналом у відповідь (Рис. 9.6).

Мал. 9.6. Фазовий метод виміру дальності

Наземний передавач випромінює коливання:

u 1 =A 1 sin(w 0 t+j 0)=A 1 sinj 1 ,

де А 1- амплітуда,

w 0- кругова частота,

j 0- Початкова фаза,

j 1 -фаза коливань сигналу

Бортова апаратура ретранслює сигнал u 1а наземний приймач приймає сигнал

u 2 =A 2 sin=A 2 sinj 2 ,

де j А- фазовий зсув, зумовлений проходженням сигналу в апаратурі, який визначається розрахунковим або експериментальним шляхом.

Зміна фази коливань сигналу u 2щодо u 1визначається ставленням:

j D =j 2 -j 1 =w 0 t D =LpD/(T 0 c),

звідки дальність

де l 0- довжина хвилі.

При вимірі кутових параметрів рухуЛА радіотехнічними засобами найбільшого поширення набули амплітудні та фазові методи.

Амплітудний методзаснований на порівнянні амплітуд сигналів при різних положеннях антени, що передає або приймає. При цьому можливі два варіанти виконання кутомірних систем: амплітудні пеленгатори та маяки. У першому випадку передавальний пристрій Прозташовується на ЛА, а діаграма спрямованості наземного приймального пристрою П рперіодично займає становище I чи II (Рис. 9.7).

Мал. 9.7. Амплітудний метод вимірювання кутових параметрів

Якщо кут a=0, рівень сигналу при обох положеннях діаграми спрямованості буде однаковим. Якщо a¹0, то амплітуди сигналів будуть різні, і з їхньої різниці можна обчислити кутове положення ЛА.

У тому випадку, коли інформацією про кутове положення треба розташовувати на борту ЛА, застосовують амплітудний маяк. Для цього на землі встановлюється передавач, а діаграма спрямованості наземної антени сканує, періодично займаючи положення І та ІІ. Порівнюючи амплітуди сигналів, що приймаються бортовим приймачем, визначається кутове положення ЛА.

Фазовий методзаснований на вимірі різниці відстаней від ЛА до двох базисних точок Про 1і Про 2(Мал. 9.8).

Мал. 9.8. Фазовий метод визначення кутових параметрів

Відстань до об'єкта R 1і R 2визначаються по різниці фаз Djгармонійних коливань, що випромінюються джерелом, розташованим у пунктах Про 1і Про 2. Косинус напрямного кута qвизначається:

де У- відстань між пунктами Про 1і Про 2.

Прикладом комплексу зовнішньотраєкторних вимірювань, що застосовується у полігонній практиці, може бути система «Трасса» (Рис. 9.10). Дана апаратура, розроблена і СКБ вимірювальної апаратури НТІІМ, що випускається, використовує координатно-кутово-базовий принцип.

Вона складається з двох стежать телевізійних теодолітів 1, системи управління 2, системи синхронізації єдиного часу 3, системи реєстрації та обробки інформації 4. Система «Трасса» дозволяє отримувати інформацію про координати, швидкість, коефіцієнт лобового опору, а також спостерігати поведінку об'єкта на екрані монітора .

Мал. 9.10. Система зовнішньотраєкторних вимірювань “Трасса”:

1-стежить телевізійний теодоліт; 2-система управління; 3-система синхронізації єдиного часу; 4-системи реєстрації та обробки інформації

Основні характеристики системи "Трасса" наведені нижче:

Похибка вимірювання кутових координат при куті місця до 60 град.

У статиці – 15 кут.сек

У динаміці - 30 кут.сек,

Максимальні параметри супроводу об'єкту

Кутова швидкість - 50 град/сек,

Кутове прискорення - 50 град/сек 2 ,

Частота реєстрації кутових координат зображень об'єкта – 25-50 кадрів/сек.

Найважливішим завданням зовнішньобалістичних досліджень є визначення просторового розташування центру мас ЛА, яке однозначно визначається трьома просторовими координатами. При цьому в навігації використовуються поняття поверхонь та ліній положення.

Під поверхнею положеннярозуміють геометричне місце точок розташування ЛА у просторі, що характеризується постійним значенням вимірюваного навігаційного параметра (наприклад, кута місця, кута азимуту, дальності тощо). Під лінією положення, розуміють перетин двох поверхонь положення.

Положення точки у просторі може бути визначено перетином двох ліній положення, трьох поверхонь положення та лінії положення з поверхнею положення.

Відповідно до виду вимірюваних параметрів розрізняють такі п'ять методів позиціонування ЛА: кутомірний, далекомірний, сумарно і різницево-далекомірний та комбінований.

Кутомірний методзаснований на одночасному вимірі кутів візування ЛА із двох різних точок. Він може бути заснований як на оптичному, так і радіотехнічному принципах.

При кінотеодолітному методіповерхнею накладання при a=constє вертикальна площина, а поверхнею положення при b=const- Круговий конус з вершиною в точці О (Рис. 9.11, а).

Мал. 9.11. Визначення координат об'єкта кінотеодолітним методом,

а) поверхня та лінія положення; б) схема визначення координат

Перетин їх визначає лінію положення, що збігається з утворює конуса. Отже для визначення розташування ЛА необхідно визначити координати точки перетину двох ліній положення OF 1і OF 2(Рис. 9.11 б), отриманих одночасно з двох вимірювальних пунктів Про 1і Про 2 .

Відповідно до схеми координати ЛА визначаються за формулами:

де У- Відстань між вимірювальними пунктами,

R- радіус Землі у цій місцевості.

При використанні далекомірного методукоординати ЛА визначаються точкою перетину трьох сферичних поверхонь положення з радіусами, рівними дальності. D. Однак цьому виникає невизначеність, пов'язана з тим, що три сфери мають дві точки перетину, для виключення якої використовують додаткові способи орієнтування.

Різностно і сумарно-далекомірний методґрунтується на визначенні різниці або суми дальностей від ЛА до двох вимірювальних пунктів. У першому випадку поверхнею положення є двопорожнинний гіперболоїд і для визначення координат об'єкта необхідно мати ще одну (провідну) станцію. У другому випадку поверхня положення має вигляд еліпсоїда.

Комбінований методзазвичай використовується в радіолокаційних системах, коли місце розташування ЛА визначається як точка перетину сферичної поверхні положення з радіусом, що дорівнює дальності ( D=const), конічної поверхні положення ( b=const) та вертикальної поверхні положення ( a=const).

Доплерівський методвизначення швидкості та розташування ЛА заснований на ефекті зміни частоти несучого сигналу, що випромінюється передавачем і сприймається приймальним пристроєм в залежності від швидкості їх відносного переміщення:

F д = пр - 0 ,

де F д- Частота Доплера,

пр - частота сигналу, що приймається,

0 - частота сигналу, що передається.

Вимір частоти Доплера може бути проведено беззапитовимабо запитнимметодом. При безпитномуметод радіальна швидкість ЛА при довжині хвилі сигналу l 0, Визначається:

V r = F д l 0 ,

при запитномуметоді:

V r = F д l 0 /2.

Для визначення дальності слід проінтегрувати результати вимірювання швидкості польоту під час руху об'єкта від початкової точки. При розрахунку координат використовуються залежності для сумарно-дальномірних систем.

Схеми визначення параметрів ЛА, що ґрунтуються на ефекті Доплера, наведені на малюнку 9.12.

Мал. 9.12. Схема визначення координат ЛА доплерівським методом:

а) без ретрансляції сигналів; б) з ретрансляцією сигналів.

При проведенні зовнішньотраєкторних вимірювань руху ЛА малих розмірів (куль, артилерійських та реактивних снарядів) використовуються доплерівські полігонні станції радіолокації ДС 104, ДС 204, ДС 304, що виготовляються НТІІМ.

Мал. 9.13. Доплерівські полігонні станції радіолокації

ДС 104, ДС 204, ДС 304

Вони використовують запитний метод і дозволяють визначати швидкості на будь-якій ділянці траєкторії, поточні координати у вертикальній площині, обчислювати прискорення, числа Маха, коефіцієнт лобового опору, середні та середні відхилення початкової швидкості групи пострілів.

Основні технічні характеристики станції ДС 304:

Мінімальний калібр - 5мм,

Діапазон швидкостей – 50 – 2000 м/с,

Дальність дії – 50000 м,

Похибка виміру швидкості - 0,1%,

Частота зондувального сигналу - 10,5 ГГц,

Рівень потужності сигналу, що генерується, - 400 мВт.

У випадку миттєве становище об'єкта у просторі визначається трьома координатами у тому системі координат. Для характеристики руху об'єкта необхідні похідні координат , число яких залежить від складності траєкторії руху об'єкта. Насправді найчастіше використовують похідні не вище другого порядку, т. е. швидкість об'єкта і прискорення . При цьому зазвичай мають на увазі координати та їх похідні центру тяжкості об'єкта. Часто вимірюють лише координати, які похідні отримують шляхом диференціювання. Можливо також безпосередньо оцінити складову відносної швидкості об'єкта, перпендикулярну фронту електромагнітної хвилі, що приходить до антени, шляхом вимірювання доплерівського зміщення частоти. Інтегрування швидкості об'єкта можна отримати відповідну координату, а її диференціюванням - прискорення.

При активній радіолокації з урахуванням двостороннього поширення сигналу (від РЛЗ до мети і назад) частота відбитого сигналу внаслідок ефекту Доплера відрізняється від частоти випромінюваного на значення з пропорційне радіальної складової відносної швидкості , яка може бути обчислена за формулою

якщо відома довжина хвилі випромінюваного сигналу та виміряно значення доплерівського зміщення частоти. Слід зазначити, що формула (7.2) точна лише за значеннях швидкості , набагато менших швидкості поширення радіохвиль , коли не враховувати релятивістський ефект.

При радіолокаційному визначенні координат в основу належить властивість радіохвиль поширюватися в однорідному середовищі прямолінійно і з постійною швидкістю. Швидкість поширення радіохвиль залежить від електромагнітних властивостей середовища проживання і становить вільному просторі (вакуумі) . Там, де це викликає суттєвих похибок, зазвичай беруть наближене значення швидкості . Постійність швидкості та прямолінійність поширення радіохвилі дозволяють розрахувати дальність D від РЛС до об'єкта шляхом вимірювання часу проходження сигналу від РЛС до об'єкта і назад:

Властивість прямолінійності поширення радіохвиль є основою радіотехнічних методів виміру кутових координат за напрямом приходу сигналу від об'єкта. При цьому використовуються спрямовані властивості антени.

Радіотехнічні методи дозволяють безпосередньо знайти різницю дальностей від об'єкта до двох рознесених передавачів шляхом вимірювання різниці часу прийому їх радіосигналів на об'єкті, що визначає своє місцезнаходження.

У радіонавігації при знаходженні розташування об'єкта вводять поняття радіонавігаційного параметра, поверхонь і ліній положення.

Радіонавігаційним параметром (РНП) називають фізичну величину, що безпосередньо вимірюється РНС (відстань, різницю або сума відстаней, кут).

Поверхнею становища вважають геометричне місце точок у просторі, мають одне й те значення РНП.

Лінія положення є лінія перетину двох поверхонь положення. Розташування об'єкта задається перетином трьох поверхонь положення або поверхні та лінії положення.

Відповідно до виду безпосередньо вимірюваних координат розрізняють три основні методи визначення місця розташування об'єкта: кутомірний, далекомірний і різницево-далекомірний. Широко застосовують також комбінований кутомірно-далекомірний метод.

Кутомірний метод. Цей метод є найстарішим, оскільки можливість визначення напрямку приходу радіохвиль була встановлена ​​А. С. Поповим ще в 1897 р. під час проведення дослідів з радіозв'язку на Балтійському морі.

При цьому використовуються спрямовані властивості антени під час передачі або прийому радіосигналу. Існує два варіанти побудови кутомірних систем: радіопеленгаторний та радіомаячний. У радіопеленгаторній системі спрямованої є антена приймача (радіопеленгатора), а передавач (радіомаяк) має ненаправлену антену. При розташуванні радіопеленгатора (РП) і радіомаяка (РМ) в одній площині, наприклад, на поверхні Землі, напрямок на маяк характеризується пеленгом а (рис. 7.1, а). Якщо пеленг відраховують від географічного меридіана (напрямок північ-південь), його називають справжнім пеленгом чи азимутом. Часто азимутом вважають кут у горизонтальній площині, відрахований від будь-якого напрямку, прийнятого за нульове. Визначення напрямку виробляють у місці розташування приймача, який може бути як Землі, і на об'єкті. У першому випадку пеленгування об'єкта здійснюють із Землі і за необхідності виміряне значення пеленгу передають на об'єкт (борт) каналом зв'язку. При розташуванні радіопеленгатора на об'єкті пеленг на радіомаяк вимірюють безпосередньо на борту.

У радіомаячній системі (рис. 7.1,б) використовують радіомаяк із спрямованою антеною та ненаправлений приймач. В цьому випадку в місці розташування приймача вимірюють зворотний пеленг щодо кульового напрямку, що проходить через точку, в якій розташований радіомаяк. Часто застосовують маяк з ДНА, що обертається. У момент збігу осі ДНА з нульовим напрямком (наприклад, північним) друга, ненаправлена, антена РМ випромінює спеціальний нульовий (північний) сигнал, який приймається приймачем системи та є початком відліку кутів. Фіксуючи момент збігу осі ДНА, що обертається, маяка з направленням на приймач (наприклад, по максимуму сигналу), можна знайти зворотний пеленг , який при рівномірному обертанні ДНА маяка пропорційний проміжку часу між прийомом нульового сигналу і сигналу в момент пеленгу.

У цьому випадку приймач спрощується, що важливо при його розташуванні на борту. Поверхнею положення кутомірної РНС є вертикальна площина, що проходить через лінію пеленгу.

При використанні наземних РП та РМ лінією положення буде ортодромія – дуга великого кола, що проходить через пункти розташування РП та РМ. Вона є лінією перетину поверхні положення із поверхнею Землі. Справжній пеленг (ІП) – кут між меридіаном та ортодромією. При відстанях, малих у порівнянні з радіусом Землі, ортодромія апроксимується відрізком прямої лінії. Для визначення розташування РП (рис. 7.1, в) необхідний другий РМ. За двома пеленгами і можна знайти місце розташування РП як точку перетину двох ліній положення (двох ортодромій на земній поверхні). Якщо система розташована у просторі, то для визначення розташування РП необхідний третій радіомаяк. Кожна пара (РП – РМ) дозволяє знайти лише поверхню положення, яка буде в даному випадку площиною. При визначенні розташування приймача припускають, що координати РМ відомі.

У морській та повітряній навігації вводять поняття курсу – утла між поздовжньою віссю корабля (проекцією поздовжньої осі літака на поверхню Землі) та напрямком початку відліку кутів, як якого обирають географічний або магнітний меридіан, а також лінію ортодромії. Відповідно до такого вибору розрізняють істинний, магнітний та ортодромічний курси. Для літального апарату (ЛA) як третя координата при знаходженні розташування використовують висоту польоту - абсолютну (відлічувану від рівня Балтійського моря), барометричну (відраховується за барометричним висотоміром щодо рівня, прийнятого за нульовий) і справжню (найкоротшу відстань по вертикалі вимірюване радіовисотоміром). При застосуванні радіовисотоміра місцезнаходження ЛA визначається вже комбінацією кутомірного та далекомірного методів вимірювання координат.

Далекомірний метод. Цей метод заснований на вимірі відстані між точками випромінювання і прийому сигналу за часом його поширення між цими точками.

У радіонавігації далекоміри працюють з активним сигналом у відповідь, випромінюваним антеною передавача відповідача (рис. 7.2, а) при прийомі запитного сигналу. Якщо час розповсюдження сигналів запиту і відповіді однаково, а час формування сигналу у відповідь у відповідачі нехтує мало, то вимірювана запитувачем (радіодальноміром) дальність . Як відповідь може бути використаний також і відбитий сигнал, що і робиться при вимірюванні дальності РЛС або висоти радіовисотоміром.

Поверхнею положення далекомірної системи є поверхня кулі радіусом D. Лініями положення на фіксованій площині або сфері (наприклад, на поверхні Землі) будуть кола, тому іноді далекомірні системи називають круговими. При цьому розташування об'єкта визначається як точка перетину двох ліній положення. Так як кола перетинаються у двох точках (рис. 7.2,б) виникає двозначність відліку, для виключення якої застосовують додаткові засоби орієнтування, точність яких може бути невисокою, але достатньою для достовірного вибору однієї з двох точок перетину. Оскільки вимірювання часу затримки сигналу може здійснюватися з малими похибками, далекомірні РНР дозволяють знайти координати з високою точністю. Радіодальномірні методи почали застосовувати пізніше кутомірних. Перші зразки радіодальномірів, засновані на фазових вимірах тимчасової затримки, були розроблені в СРСР під керівництвом Л. І. Мандельштама, Н. Д. Папалексі та Є. Я. Щеголєва в 1935-1937 рр. Імпульсний метод виміру дальності був застосований в імпульсній РЛС, розробленій у 1936-1937 роках. під керівництвом Ю. Б. Кобзарєва.

Різностно-дальномірний метод. За допомогою прийомоіндикатора, розташованого на борту об'єкта, визначають різницю часу прийому сигналів від передавачів двох опорних станцій: . Станцію А називають провідною, так як за допомогою її сигналів здійснюється синхронізація роботи веденої станції В. Вимірювання різниці відстаней, пропорційної тимчасовому зрушенню сигналів від станції А і В, дозволяє знайти лише поверхню положення, що відповідає цій різниці і форму гіперболоїда. Якщо прийомоіндикатор та станції А і В розташовані на поверхні Землі, то вимір дозволяє отримати лінію положення на земній поверхні у вигляді гіперболи з .

Для двох станцій можна побудувати сімейство гіперболів з фокусами в точках розташування станцій А і В. Відстань між станціями називають базою. Для заданої бази сімейство гіпербол наносять на карту заздалегідь і оцифровують. Однак одна пара станцій дозволяє визначити лише лінію положення, де розташований об'єкт. Для знаходження його розташування необхідна друга пара станцій (рис. 7.3), база якої повинна бути розташована під кутом до бази першої пари. Зазвичай провідна станція А є загальною та синхронізує роботу обох ведених станцій та . Сітка ліній положення такої системи утворюється двома сімействами гіперболів, що перетинаються, що дозволяють знайти місцезнаходження прийомоіндикатора (ПІ), розташованого на борту об'єкта.

Точність різносно-дальномірної системи вище точності кутомірної і наближається до точності далекомірної. Але основною її перевагою є необмежена пропускна спроможність, так як наземні станції можуть обслуговувати необмежену кількість ПІ, що знаходяться в межах дальності дії системи, оскільки на борту об'єкта, що визначається, немає необхідності мати передавач, як в далекомірній системі. Слід зазначити, що асимптотами гіпербол є прямі лінії, що проходять через центр бази кожної пари станцій системи. Таким чином, на відстанях, що в кілька разів перевищують довжину бази, лінії положення вироджуються в прямі, внаслідок чого різницево-дальномірна система може бути використана як кутомірна.

Залежно від видів сигналів наземних станцій і методу вимірювання тимчасового зсуву сигналів ПІ розрізняють імпульсні, фазові та імпульсно-фазові різницево-далекомірні РНС.

Принцип імпульсної разностно-дальномерной системи було запропоновано радянським інженером Еге. М. Рубчинским в 1938 , але стала вельми поширеною такі системи набули лише до кінця Другої світової війни, коли розробили методи точного виміру тимчасового становища імпульсів. Перша фазова разностно-дальномерная система (фазовий зонд) було створено СРСР 1938 р. Надалі цей принцип використали у системах «Декка», «Координатор» та інших.

Комбінований кутомірно-дальномірний метод. Цей метод дозволяє знайти розташування об'єкта з однієї точки. Комбінований метод зазвичай застосовують у РЛС, які вимірюють похилу дальність D, азимут та кут місця Р (рис. 7.4). Кутом місця називають кут між напрямком на об'єкт та горизонтальною площиною (поверхнею Землі). Азімут відраховують від напрямку північ - південь чи іншого напряму, прийнятого за початковий. Шляхом перерахунку основних координат можна знайти також висоту, горизонтальну дальність та її проекції на напрямок північ-південь та захід-схід.

Визначення розташування об'єкта з однієї точки та за допомогою однієї станції є великою перевагою комбінованого методу, який широко використовується також у радіосистемах ближньої навігації.

Розглянуті методи визначення розташування об'єкта щодо точок з відомими координатами (радіонавігаційні точки РНТ) за допомогою поверхонь і ліній положення називають позиційними.

Крім позиційних методів у навігації застосовують методи числення шляху інтегруванням виміряних швидкості (доплерівським або повітряним вимірником) або прискорення (акселерометром), а також оглядово-порівняльні методи, що базуються на порівнянні телевізійних, радіолокаційних та інших зображень місцевості з відповідними картами.

Використовують і кореляційно-екстремальні методи навігації, засновані на визначенні структури будь-якого фізичного поля, характерного для даної місцевості (наприклад, рельєфу), та порівнянні параметрів цього поля з відповідними параметрами, що зберігаються в пристрої РНС. Перевагами цих методів є автономність, малий вплив перешкод і відсутність похибок, що накопичуються при визначенні розташування об'єкта.

За сукупністю вимірюваних геометричних параметрів системи позиціонування джерел ЕМІ поділяються :

· На тріангуляційні (кутомірні, пеленгаційні);

· Різностно-дальномірні;

· Кутомірно-різнисно-дальномірні.

Вигляд і кількість вимірюваних геометричних величин визначають просторову структуру системи позиціонування джерела ЕМІ: кількість просторово рознесених приймальних пунктів сигналів джерела ЕМІ та геометрію їх розташування.

Тріангуляційний (кутомірний, пеленгаційний) метод заснований на визначенні напрямків (пеленгів) на джерело ЕМІ у двох точках простору за допомогою радіопеленгаторів, рознесених на базу d (рис. 18, а).

Мал. 18. Пояснення триангуляційного методу визначення місцезнаходження джерела ЕМІ на площині (а) та у просторі (б)

Якщо джерело ЕМІ розташовується в горизонтальній або вертикальній площині, то для визначення його розташування достатньо виміряти два кути азимуту ц1 і ц2 (або два кути місця). Розташування джерела ЕМІ визначається точкою перетину прямих О1І та О2І - двох ліній положення.

Для визначення місцезнаходження джерела у просторі вимірюють кути азимуту ц а1 і ц а2 у двох рознесених точках О1 та О2 та кут місця цм1 в одній з цих точок або, навпаки, кути місця цм1 та цм2 у двох точках прийому та кут азимуту ц а1 в одній їх (рис. 18,б).

Розрахунковим шляхом може бути визначена дальність від однієї з приймальних точок до джерела за виміряними кутами та відомою величиною бази d:

звідси прирівняємо два вирази для h:

Таким чином, дальність до джерела

Тріангуляційний метод простий у технічній реалізації. Тому широко застосовується в системах радіо-і РТР, пасивних радіолокаційних рознесених системах при виявленні та визначенні координат випромінюючих об'єктів.

Істотним недоліком тріангуляційного методу є те, що при збільшенні кількості джерел ЕМІ, що знаходяться в зоні дії радіопеленгаторів, можуть відбуватися помилкові виявлення неіснуючих джерел (рис. 19). Як видно з рис.19, поряд з визначенням координат трьох справжніх джерел І1, І2 та І3 виявляються і шість помилкових джерел ЛИ1, …, ЛИ6. Виключити помилкові виявлення при застосуванні тріангуляційного методу можна шляхом отримання надлишкової інформації про пеленговані джерела - збільшенням кількості рознесених радіопеленгаторів або впізнанням належності одержуваної інформації до певного джерела. Упізнання може бути проведено при порівнянні сигналів, що приймаються радіопеленгаторами, за несучою частотою, періодом слідування та тривалістю імпульсів

Мал. 19.

Додаткову інформацію про джерела отримують за рахунок взаємно кореляційної обробки сигналів, що приймаються в рознесених точках простору.

Усунення хибних виявлень при застосуванні триангуляційного методу можливе також за рахунок отримання даних про різницю дальностей від джерела випромінювання до пунктів прийому (пунктів розташування радіопеленгаторів). Якщо точка перетину ліній пеленгів не лежить на гіперболі, що відповідає різниці дальностей, то вона є хибною.

Різностно-дальномірний метод позиціонування заснований на вимірі за допомогою РЕМ різниці дальностей від джерела ЕМІ до пунктів прийому, рознесених у просторі на відстань d. Розташування джерела на площині знаходиться як точка перетину двох гіпербол (дві різниці дальностей, виміряні у трьох приймальних пунктах), що належать різним базам А1А2, A2A3 (рис. 20). Фокус гіпербол збігаються з точками розташування пунктів прийому.

Мал. 20.

Просторове становище джерел ЕМІ визначається за трьома різницями дальностей, що вимірюються у трьох-чотирьох прийомних пунктах. Розташування джерела – точка перетину трьох гіперболоїдів обертання.

Кутомірно-різностно-дальномірний метод позиціонування передбачає вимірювання за допомогою РЕМ різниці дальностей від джерела ЕМІ до двох рознесених прийомних пунктів і вимірювання направлення на джерело в одному з цих пунктів.

Для визначення координат джерела на площині достатньо виміряти азимут ц і різницю дальностей АТ від джерела до точок прийому. Розташування джерела визначається точкою перетину гіперболи та прямою.

Для визначення положення джерела у просторі необхідно додатково виміряти в одній із точок прийому кут місця джерела ЕМІ. Розташування джерела знаходиться як точка перетину двох площин та поверхні гіперболоїду.

Помилки розташування джерела ЕМІ на площині залежать від помилок вимірювання двох геометричних величин:

· двох пеленгів у тріангуляційних системах;

· двох різниць дальностей у різницево-дальномірних системах;

· одного пеленгу та однієї різниці дальностей в кутомірно-різновідно-дальномірних системах.

При центрованому гауссівському законі розподілу помилок визначення ліній положення середньоквадратичне значення помилки позиціонування джерела:

де – дисперсії помилок визначення ліній положення; r - коефіцієнт взаємної кореляції випадкових помилок визначення ліній положення Л1 та Л2; г - кут перетину ліній положення.

За незалежних помилок визначення ліній положення r = 0.

При тріангуляційному методі визначення місцезнаходження джерела

Середньоквадратична помилка позиціонування

При застосуванні ідентичних радіопеленгаторів

Найбільша точність при перетині ліній положення під прямим кутом (г = 90°).

При оцінці помилок позиціонування джерела в просторі необхідно розглядати помилки вимірювання трьох геометричних величин. Помилка місцезнаходження залежить в цьому випадку від взаємної просторової орієнтації поверхонь положення. Найвища точність визначення положення при перетині нормалей до поверхонь положення під прямими кутами.

Положення об'єкта у просторі визначається трьома координатами х i , i=1,2,3, у тій чи іншій системі координат. Положення об'єкта лежить на поверхні Землі визначається двома координатами. Методи позиціонування поділяються на такі групи:

§ оглядово-порівняльні;

§ методи числення шляху;

§ методи позиційних ліній.

Оглядово-порівняльні методи засновані на порівнянні спостережуваної карти місцевості з еталонною, внесеною в пам'ять системи. На карті нанесено положення об'єкта. Поєднання еталонної карти із спостережуваною дозволяє визначити його координати.

Карти, що використовуються, можуть мати різну фізичну природу. Це може бути зображення земної поверхні в оптичному чи радіолокаційному діапазоні, карта зоряного неба в оптичному чи радіодіапазоні, карта радіотеплового випромінювання земної поверхні тощо.

Поєднання карток зазвичай проводиться шляхом знаходження їх взаємної кореляційної функції. Для двовимірних карток

де – взаємна кореляційна функція (ВКФ); - Зображення, що спостерігається; - Еталонне зображення; х, у – координати точки на спостережуваній карті; х 0, у 0 – координати початку відліку.

Максимум взаємної кореляційної функції настає, коли х 0+Dх=х, у 0+Dу=у. Значення Dх, Dу у цій точці відповідають усунення еталонної карти щодо реальної. Повне суміщення карт фіксують максимум ВКФ, тому метод іноді називають кореляційно-екстремальним.

Оглядово-порівняльний метод використовується у навігації.

Метод обчислення шляху також застосовується у навігації. Сутність методу числення шляху полягає в тому, що на об'єкті (кораблі, автомобілі, бронетранспортері і т.д.), що стартує з точки з відомими координатами х 0, у 0, у кожний момент часу вимірюються прискорення а х (t), a y ( t) або швидкості v x (t), v y (t) no кожної з координат. Інтегруванням прискорення визначають шляхову швидкість.

Наприклад:

.

,

а потім і саму координату x(t) = x0 + Dx(t).

Прилади для вимірювання прискорення (акселерометри) ґрунтуються на використанні другого закону Ньютона.

де m-маса тіла; F – прикладена до нього сила; а – прискорення, отримане тілом у результаті докладання сили F.

Вантаж масою m поміщається у пружинний підвіс. Під дією

прискорення вантаж переміщається, причому переміщення, яке вимірюють, пропорційно прискоренню.

Системи, засновані на вимірі прискорення, називають інерційними. Існують навігаційні системи, у яких вимірюється не прискорення a(t), а швидкість v(t). З цією метою використовується ефект Доплера.

Найбільшого поширення в радіолокації та радіонавігації набув метод позиційних ліній. В основі методу позиційних ліній лежить поняття поверхні положення – такої поверхні у просторі, де вимірювана радіотехнічна величина постійна.

Безпосередньо радіотехнічними методами можуть бути виміряні відстань, різницю відстаней та напрямок. Розглянемо відповідні поверхні положення.

1. Поверхня рівних дальностей, R = const. Очевидно, що це сфера. Перетин сфери з площиною (наприклад, з площиною Землі) дає лінію положення – коло (рис. 3.50). Її рівняння у полярних координатах.

2. Поверхня рівних пеленгів (напрямків), а = const. Якщо пеленг відраховується у горизонтальній площині від географічного меридіана (напрямок північ-південь – N-S), його називають справжнім пеленгом або азимутом. Перетин площиною рівних азимутів поверхні землі дає пряму – лінію рівних пеленгів (рис. 3.51).

3. Поверхня рівних різниць відстаней – поверхня, де різниця відстаней до двох фіксованих точок простору залишається постійної. У просторі – це гіперболоїд, але в поверхні землі – гіпербола. На рис. 3.52 точки А та В – точки з відомими координатами, R А – R B = R AB = const – рівняння лінії рівних різниць відстаней:

R AB = сDt AB ,

де Dt AB - Різниця часу поширення сигналу від точки Про до точок А і В.

Принципово важливо, що цей метод відстані R A і R B не вимірюються, а вимірюється їх різниця R AB .

У радіолокації та радіонавігації використовуються такі методи визначення цілей, засновані на застосуванні перерахованих поверхонь положення.

Далекомірний метод. З трьох точок простору виробляється визначення відстаней до об'єкта. Перетин двох поверхонь положення (сфер) дає лінію положення. Перетин цієї лінії з третьою сферою дає місце об'єкта в просторі.

На рис. 3.53 зображена інтерпретація методу стосовно площині. Як видно з малюнка, дві лінії положення перетинаються у двох точках. Для виявлення тієї, яка відповідає істинному положенню об'єкта, треба мати орієнтовні відомості про нього або використовувати третю лінію положення. Метод широко використовується в навігації: з борту судна визначають відстані R A і R B до точок А і з відомими координатами, потім розраховують його місцезнаходження.

Пеленгаційний (кутомірний) метод, званий також тріангуляційним. Розглянемо його стосовно площині. З двох точок П 1 і П 2 положення яких на площині відомо, визначаються напрямки на об'єкт Про (рис. 3.54). Потім положення об'єкта щодо цих точок визначається шляхом вирішення трикутника П 1 П 2

(3.24)

де L – далекомірна база.

Дальність R 1 і пеленг a 1 – координати об'єкта у полярній системі координат із центром у точці П 1 .

Пеленгаційний метод використовується у різних варіантах. В одному з них точка О – випромінюючий об'єкт, координати якого слід визначити. Це робиться шляхом пеленгування за допомогою невипромінюючих пристроїв, розташованих у точках П 1 і П 2 з відомими координатами. Для обчислення дальності R пеленг з одного пеленгаційного пункту, допустимо П 2 передається в інший, наприклад по радіоканалу. Даний спосіб місцевизначення набув поширення в системах радіоелектронної боротьби.

У радіонавігаційних системах значення кутів a 1 і a 2 , виміряні радіопеленгаторами, передаються по радіоканалах на борт об'єкта, де і проводяться обчислення.

В іншому варіанті методу, що використовується в радіонавігації, в точці знаходиться споживач радіонавігаційної інформації з радіоприймальним пристроєм на борту. У точках П 1 і П 2 з відомими координатами розташовуються радіонавігаційні пристрої.

Бортовий радіоприймальний пристрій може мати спрямований прийом, тобто здатність пеленгування. Такі пристрої називаються радіокомпас. Визначаючи ними напрями на всеспрямовані джерела випромінювання П 1 і П 2 (привідні станції), потім обчислюють місце об'єкта навігації. Бортовий радіоприймач може бути всеспрямованим. У цьому випадку в точках П 1 і П 2 встановлюються пеленгові маяки - радіопередавальні пристрої, сигнали яких залежать від напрямку випромінювання в межах 0 - 2p азимуту. Пеленги визначаються за прийнятими сигналами маяків.

Далекомірно-пеленгаційний метод. З однієї точки простору вимірюється дальність до об'єкта R та напрямок (пеленг) на нього (рис. 3.55). Цей метод найчастіше використовується у радіолокації. Дальність R визначається за затримкою прийнятого сигналу щодо випромінюваного:

Кутове положення мети в горизонтальній та вертикальній площинах: a – азимут, b – кут місця (кут піднесення), визначаються амплітудним чи фазовим способами.

Різностно-дальномірний (гіперболічний) метод. Розглянемо його стосовно площині (рис. 3.56).

Нехай об'єкт спостереження (точка) випромінює сигнали. Вимірюються різниці часу приходу цих сигналів Dt AB Dt BC в просторово рознесені точки А і В, В і С. По них обчислюються різниці відстаней і будуються лінії положення (гіперболи), перетин яких визначає положення об'єкта. Для синхронізації роботи приймальних пунктів А, В та С повинні існувати лінії зв'язку між ними. Мають місце співвідношення:

В даному варіанті метод використовується в системах радіоелектронної боротьби, коли потрібно визначити координати джерела випромінювання протиборчої сторони.

Різностно-дальномірний метод визначення широко використовується в радіонавігації. У цьому варіанті в точці (див. рис. 3.56) розташований споживач навігаційної інформації. У точках А, В і С розташовані передавальні пристрої з відомими координатами, що випромінюють синхронні сигнали. У структурі сигналів містяться елементи, що дозволяють визначити їхню приналежність тому чи іншому випромінювачу. Споживач обладнаний радіоприймачем, що дозволяє одночасно приймати сигнали передавальних пунктів і вимірювати різницю часу прийому Dt AB , Dt BC . Різниця відстаней DR AB , DR BC обчислюється за формулами, по різницях відстаней визначається місце розташування точки.

Радіолокаційні системи

В умовах зрослих бойових можливостей засобів повітряно-космічного нападу значно збільшився обсяг завдань, які вирішує протиповітряна оборона країни. Насамперед це стосується ведення всіх видів розвідки, забезпечення протиповітряної оборони найважливіших об'єктів державного та військового призначення, прикриття стратегічних напрямів. Проведення узгоджених дій щодо протиповітряної оборони можливе лише внаслідок застосування радіотехнічних з'єднань, частин та підрозділів, оснащених сучасними РЛС різного призначення та базування. Ведення бойових дій винищувальною авіацією та зенітно-ракетними військами без аналізу повітряної обстановки в реальному масштабі часу не тільки не ефективні, а й приречені на поразку. Для вирішення завдань щодо забезпечення безпеки країни у повітряно-космічному просторі необхідне створення єдиної системи розвідки та попередження про повітряно-космічний напад, яка забезпечить своєчасність, повноту та впорядкованість надходження інформації.

Винахід відноситься до галузі радіотехніки, а саме до систем радіоконтролю для визначення координат розташування джерел радіовипромінювання (ІРІ). Технічний результат, що досягається - зниження апаратних витрат. Пропонований спосіб заснований на прийомі сигналів ІРІ антенами, вимірюванні різниці часу прийому сигналу від ІРІ в декількох точках простору скануючими радіоприймачами, перетворених в систему рівнянь, а також заснований на використанні двох однакових стаціонарних радіоконтрольних постів (РП), один з яких приймають за провідний , з'єднуючи з іншою лінією зв'язку, при цьому калібрують вимірювач величини запізнення приходу сигналів на (РП), використовуючи еталонні радіоелектронні засоби (РЕМ) з відомими параметрами сигналів та координатами розташування, потім на РП здійснюють квазісинхронне сканування та вимірювання рівнів сигналів на заданих фіксах та величину запізнення приходу сигналів ІРІ. Інформацію з веденого РП передають на ведучий, де обчислюють відношення рівнів і різницю запізнення приходу сигналів ІРІ з урахуванням результатів калібрування вимірювачів, а також становлять два рівняння положення ІРІ, кожне з яких описує коло з радіусом, що дорівнює відстані від РП до ІРІ. Відстані при цьому визначають через відношення рівнів сигналів і різницю часу прийому сигналу, виміряних на РП з використанням тільки однієї пари антен з відомими азимутом осі головної пелюстки та діаграмою спрямованості, головна пелюстка кожної з яких розташована в різних напівплощинах щодо лінії бази, а координати ІРІ визначають чисельним методом розв'язання складених рівнянь, приймаючи за справжні лише координати, що відносяться в тій напівплощині щодо лінії бази, в якій знаходиться головна пелюстка антени з найбільшим рівнем прийнятого сигналу. Пристрій, що реалізує спосіб, містить два однакових РП, один з яких є провідним, і на кожному посту містить спрямовані антени, вимірювальний радіоприєнік, що сканує, вимірювач величини запізнення приходу сигналів, комп'ютер і пристрій зв'язку, певним чином з'єднані між собою. 2 н.п. ф-ли, 2 іл.

Малюнки до патенту РФ 2510038

Винахід відноситься до галузі радіотехніки, а саме до систем радіоконтролю для визначення координат розташування джерел радіовипромінювання (ІРІ), відомості про які відсутні в базі даних (наприклад, державної радіочастотної служби або державної служби нагляду за зв'язком). Винахід може бути використаний при пошуку розташування несанкціонованих засобів зв'язку.

Відомі способи визначення координат ПРІ, в яких використовуються пасивні пеленгатори в кількості не менше трьох, центр тяжкості області перетину виявлених азимутів яких на фронт приходу хвилі приймається за місцезнаходження. Основними принципами роботи таких пеленгаторів є амплітудні, фазові та інтерферометричні. Широко застосовується амплітудний спосіб пеленгування, при якому використовується антенна система, що має, діаграму спрямованості з яскраво вираженим максимумом головної пелюстки і мінімальними заднім і бічними пелюстками. До таких антенних систем відносяться, наприклад, логоперіодичні або антени, що мають кардіоїдну характеристику та ін. При амплітудному способі механічним обертанням домагаються положення антени, при якому вихідний сигнал має максимальну величину. Такий напрямок приймають за направлення на ІРІ. До недоліків більшості пеленгаторів слід віднести високий ступінь складності антенних систем, комутаційних пристроїв та наявність багатоканальних радіоприймачів, а також необхідність швидкодіючих систем обробки інформації.

Наявність у федеральних округах державної радіочастотної служби взаємопов'язаних через центральний пункт розгалуженої мережі радіоконтрольних постів, обладнаних засобами прийому радіосигналів, вимірювання та обробки їх параметрів, дозволяє доповнити їх функції та завдання визначення координат розташування тих ІРІ, відомості про які відсутні в базі даних, не вдаючись до використання складних і дорогих пеленгаторів.

Відомий спосіб , в якому для визначення координат розташування ІРІ використовують N, не менше чотирьох, стаціонарних радіоконтрольних постів, розташованих не на одній прямій, один з яких приймають за базовий, з'єднуючи з іншими N-1 постами лініями зв'язку, на всіх постах здійснюють квазісинхронне сканування за заданими фіксованими частотами налаштування, усереднюють виміряні значення рівнів сигналів на кожній із сканованих частот, а потім на базовому посту для кожного з поєднань C 4 N (поєднань з N по 4) на підставі зворотно пропорційної залежності відношень відстаней від поста до джерела радіовипромінювання і відповідних їм різниць рівнів сигналів, виражених у дБ, становлять три рівняння, кожне з яких описує коло рівних відносин, за параметрами двох будь-яких пар яких і визначають поточне середнє значення широти та довготи розташування джерела радіовипромінювання. Недоліком цього є велика кількість стаціонарних постів радіоконтролю.

Відомі способи та пристрої пеленгування (4, 5), які можуть бути використані для цілей визначення координат.

Спосіб (4) заснований на прийомі сигналів трьома антенами, що утворюють дві пари вимірювальних баз, вимірювання різниці часу приходу сигналів ІРІ та детермінованих обчислень шуканих координат.

До недоліків способу слід віднести:

1) Велика кількість антен.

2) Спосіб не орієнтований використання радіоконтрольних постів.

3) Вимірювальні бази для обчислення різниці часів приходу сигналів ПРИ парами антен істотно обмежують рознесення цих антен, не кажучи про недоцільність і велику технічну складність реалізації способу.

Рознесений різницево-дальномірний пеленгатор (5), що складається з двох периферійних пунктів, центрального та системи єдиного часу, має на меті розвантажити канал зв'язку між пунктами. Периферійні пункти призначені прийому, зберігання, обробки сигналів і передачі фрагментів сигналів на ЦП, у якому обчислюється різниця часу приходу сигналів. У системі єдиного часу застосовується хронізатор, що представляє собою прив'язаний до шкали єдиного часу зберігач шкали поточного часу (годинник), призначений для прив'язування значень рівня сигналу, що записуються в ЗУ, до значення часу прийому.

Даному пеленгатору властиві такі недоліки:

1) Не адаптований до радіоконтрольних пунктів, які у філіях федеральних округів державної радіочастотної служби чи державної служби нагляду над зв'язком.

2) Велика кількість спеціалізованих пеленгаційних (але не радіоконтрольних) постів.

3) Необгрунтоване та не розкрите (хоча б до функціональної схеми) застосування системи єдиного часу на ЦП та хронізаторів на ПП, синхронізованих із системою єдиного часу.

4) Необхідність наявності радіоканалів з великою пропускною здатністю (до 625 Мбод) для передачі навіть фрагментів сигналів з ПП1 і ПП2 на ЦП.

5) Для організації радіоканалу необхідні радіопередавальні пристрої та отримання дозволу на їхню роботу в певних умовах експлуатації.

Відомий різницево-дальномірний спосіб визначення координат джерела радіовипромінювання і пристрій, що реалізує його (6).

Спосіб, заснований на прийомі сигналів ІРІ чотирма антенами, що утворюють три незалежні вимірювальні бази, в рознесених точках A, B, C, D таким чином, що об'єм фігури, утворений з цих точок, більший за нуль (V A,B,C,D >0 ). Сигнал одночасно приймається на всі антени, вимірюють три незалежні різниці часу t AC t BC t DC прийому сигналу парами антен, що утворюють вимірювальні антенні бази (АС), (ВС) і (DC). За виміряними різницями часів обчислюють різниці дальностей від ІРІ до пар точок (А, С), (В, З), (D, C), для k-ї трійки антен, розташованих у точках А, В, З при k=1, B, C, D при k=2, D, C, A при k=3, обчислюють за допомогою виміряних різниць дальностей значення кута k , що характеризують кутове положення площини положення ІРІ k , k=1, 2, 3 щодо відповідної вимірювальної бази, і координати точки F k належної k-ї площини положення ІРІ, обчислюють шукані координати ІРІ як координати точки перетину трьох площин положення ІРІ k , k=1, 2, 3 кожна з яких характеризується координатами точок розташування k-ї трійки антен і обчисленими значеннями кута k і координатами точки F k відображають результати обчислення координат ІРІ в заданому форматі.

Цей спосіб і пристрій, що його реалізує, ближче до заявляється, але також має ряд істотних недоліків:

1) Складність практичної реалізації способу у зв'язку з відсутністю можливості вимірювання різниць часів прийому сигналу ІРІ лише антенами (вимірювальні радіоприймачі в блок-схемі відсутні).

2) Необхідність зведення сигналів ІРІ з рознесених на оптимальну відстань до 0,6-0,7 R ЕМД антен згідно (2) в одну точку, що практично реалізовувати недоцільно.

3) Забезпечити вимірювання різниці часу прийому сигналу ІРІ на конкретних заданих частотах безпосередньо з антен (без використання радіоприймачів, які на блок-схемі не відображені) дуже складно.

4) Для вимірювання різниці часу прийому сигналу безпосередньо з антен використовуються двовходові вимірювачі.

5) Складність технічної реалізації, обумовлена ​​великою кількістю різних обчислювачів.

6) Невизначеність у побудові поверхні положення у вигляді площини, перпендикулярної площині розташування антен, так як антени в точках A, B, C, D не розташовуються в одній площині, про що свідчить умова V A, B, C, D >0 у формулі винаходу .

Найбільш близьким до заявляється є далекомірно-різносно-далекомірний спосіб визначення координат джерела радіовипромінювання і реалізує його пристрій (7), прийнятий як прототип.

Спосіб заснований на прийомі сигналу трьома антенами, вимірюванні значень двох різниць часів прийому сигналу ІРІ антенами, вимірюванні двох значень щільності потоку потужності сигналу ІРІ, подальшій обробці результатів вимірювань з метою обчислення координат точки, через яку проходить лінія положення ІРІ.

Цей спосіб передбачає виконання наступних операцій:

Розташовують три антени у вершинах трикутника АВС;

Приймають сигнал на всі три антени;

Вимірюють дві різниці часів t AC та t BC прийому сигналу ІРІ антенами;

Вимірюють густини потоку потужності P 1 і Р 2 сигналу в точках розміщення антен 1 і 2;

Обчислюють значення різниць дальностей від ІРІ до пар антен з використанням виразів r AC = C t AC r BC = C t BC r AB = r AC - r BC де С - швидкість поширення електромагнітної хвилі;

Обчислюють координати за одержаною формулою.

Відповідно до (7) до складу пристрою, що реалізує спосіб, входить:

Три антени;

Два вимірювачі різниці часів;

Два вимірювачі щільності потоку потужності;

Обчислювальний блок;

Блок індикації.

Прототипу властиві такі недоліки:

1) Практична складність здійснення способу у зв'язку з відсутністю можливості вимірювання різниць часів прийому сигналу ІРІ лише антенами (вимірювальні радіоприймачі в блок-схемі відсутні).

2) Необхідність зведення сигналів ІРІ з рознесених на кілька кілометрів антен в одну точку для вимірювання двовходовими вимірювачами, що є суттєвою та не вирішеною авторами патенту проблемою.

3) Не адаптований до обладнання радіоконтрольних постів (надмірні два вимірювачі різниці часів, два вимірювачі щільності потоку потужності, обчислювальний блок, блок індикації), що є у філіях федеральних округів радіочастотної служби РФ, а тому не може бути там використаний.

4) Застосовувані приймальні антени можуть бути лише ізотропними, оскільки у формулах обчислення координат відсутні параметри діаграм їхньої спрямованості.

Метою цього винаходу є розробка способу визначення координат розташування ІРІ двома радіоконтрольними постами, що дозволить застосувати такий спосіб практично у всіх філіях федеральних округів Радіочастотної служби Російської Федерації.

Ця мета досягається за допомогою ознак, зазначених у формулі винаходу, загальних з прототипом: спосіб визначення координат розташування джерел радіовипромінювання, заснований на прийомі сигналів ІРІ антенами, вимірюванні рівнів і різниці часу прийому сигналу від ІРІ в декількох точках простору скануючими радіоприймачами і перетворених в систему рівнянь і відмітних ознак: для визначення координат розташування ІРІ використовують два однакових стаціонарних радіоконтрольних посту, один з яких приймають за ведучий, з'єднуючи з іншою лінією зв'язку, калібрують вимірювач величини запізнення приходу сигналів на пости, використовуючи еталонні РЕМ з відомими параметрами сигналів і координат , Потім на постах здійснюють квазісинхронне сканування та вимірювання рівнів сигналів на заданих фіксованих частотах налаштування і величину запізнення приходу сигналів ПРІ, а потім передачу їх на базовий пост, де обчислюють відношення рівнів і різницю запізнення приходу сигналів ІРІ з урахуванням результатів калібрування вимірювачів, два рівняння положення ІРІ, кожне з яких описує коло з радіусом, що дорівнює відстані від поста до ІРІ, причому ці відстані визначають через відношення рівнів сигналів і різницю часу прийому сигналу, виміряних на постах з використанням тільки однієї пари антен з відомими азимутом осі головної пелюстки та діаграмою спрямованості, а координати ІРІ визначають чисельним методом розв'язання складених рівнянь. Заявляється спосіб пояснюється кресленнями, на яких показано:

На фіг.1 - розміщення двох постів радіоконтролю та положення ІРІ, Е - дійсне положення, Еф - фіктивне; a, b - кути положення осі головної пелюстки ДНА; АВ – лінія бази; АЕ, BE - лінії азимутів a та b на справжнє положення ІРІ; АЕф, ВЕф - лінії азимутів аф та bф на фіктивний ІРІ;

На фіг.2 - блок-схема реалізації запропонованого способу,

Пропонований спосіб передбачає виконання наступних операцій:

1) Калібрують вимірювач величини запізнення приходу сигналів (ШВЗ) на пости, використовуючи масив еталонних РЕМ з відомими параметрами сигналів та координатами розташування. Кожна еталонна РЕМ має перебувати у зоні ЕМД обох постів. Їх кількість та розподіл у зоні ЕМД має бути достатнім для забезпечення заданої точності калібрування як по відстані, так і азимуту від постів.

2) На кожному посту вимірюють рівні сигналу за допомогою радіоприймача та величини запізнення приходу сигналів ІРІ за допомогою відповідного вимірювача, використовуючи антени посту з відомою діаграмою спрямованості, перебудовуючи при цьому приймач на фіксовані фіксовані частоти. Процедуру вимірювання величин запізнення приходу сигналів ІРІ виконують аналогічно п.1. Результати заносяться до банку даних свого комп'ютера.

3) Пересилають каналом зв'язку пристрою зв'язку інформацію з веденого комп'ютера на ведучий.

4) Обчислюють різницю величин запізнення приходу сигналів на антени постів як від еталонних РЕМ, так і від ІРІ з урахуванням результатів п.1, а також обчислюють відношення рівнів сигналів від ІРІ, виміряних радіоприймачами постів.

5) Складають систему двох рівнянь, що визначають положення ІРІ, та вирішують її чисельним методом, використовуючи дані пункту 4.

Рівняння положення при цьому матимуть вигляд кіл

де: r a , r b - відстані від постів до шуканого ІРІ, а 8 їх різниця (рис.1).

Квадрати відносин радіусів запишемо через виміряні рівні сигналів як

Відношення квадратів відстаней, що визначається через різницю рівнів сигналів, виміряних на постах радіоконтролю А і В і виражених в дБ, дозволяє описати лінію положення ПРІ, виключивши при цьому залежність цієї лінії положення від потужності джерела джерела радіовипромінювання. При цьому (3), на підставі обчисленої різниці відстаней, визначаються квадрати відстаней у вигляді:

і .

Так як кола перетинаються у двох точках, симетричних щодо лінії бази (див. фіг.1), виникає неоднозначність координат ІРІ. Для зняття неоднозначності, що виникає, можна виконати повторні вимірювання з використанням спрямованої (з відомої ДНА), наприклад, логоперіодичної або кардіоїдної поворотної антенами. Але цей варіант пов'язаний з великими витратами часу і складністю автоматизації такого рішення. У способі визначення координат ІРІ з одночасним усуненням неоднозначності здійснюють за допомогою вимірювання рівнів сигналів безпосередньо на спрямовані антени. При цьому спрямовані антени не повертають у напрямку максимуму сигналу, що випромінюється, але положення осі головного її пелюстки на обох постах повинно бути відомо, а пелюстки орієнтовані приблизно в протилежних напрямках щодо бази. Таке положення осей головних пелюсток антен показано на фіг.1. Залежність ЕРС на виході антени Е() пов'язана з напруженістю поля поблизу неї та кутом , що визначає положення осі головної пелюстки ДНА щодо азимуту на ПРІ, може бути представлена ​​як Е()=Ем (), де Ем - максимальна ЕРС, що відповідає напрямку осі головного пелюстка на джерело, () - функція, що визначає діаграму антени. Тепер відношення рівнів сигналів для спрямованих антен n ( a , b) можна уявити через відношення рівнів, одержуваних від ненаправлених антен n ab як де

і - Функція відносин ДНА.

Звідси n ab =n( a , b)/ ( a , b) та квадрати радіусів (4) системи (1) будуть представлені у вигляді:

Для вирішення системи рівнянь (1) та (2), з урахуванням (5) та (6), необхідно визначити кути a, b та знати (). З фіг.1 вони визначаються як a = a - a , b = b - b , ,

де: аф = аф - a, bф = bф - b, a< /2, то ИРИ находится во второй полуплоскости (ниже линии базы). При априорно снятой неопределенности расположения ИРИ относительно линии базы (например, при выполнении операции поиска ИРИ силовыми структурами) применяют ненаправленную (например, штыревую или биконическую антенны) и вычисление координат ведут по формулам (1), (2) с учетом (3) и (4).

До складу заявляється пристрою, що реалізує спосіб, що заявляється, входять два однакових радіоконтрольних поста - РКП А і РКП Б, що містять:

1. Антени 1, 6;

2. Радіоприймачі (РП) 2, 7;

3. Вимірювачі величин запізнення сигналів (ШВЗ) 3, 8;

4. Комп'ютери 4, 9;

5. Пристрої зв'язку 5, 10.

Один із постів (для прикладу, нехай це пост РКП А) є провідним. Виходи антен 1, 6 підключені на входи скануючих радіоприймачів 2, 7, керуючі комп'ютери 4, 9 з'єднані двонаправленими зв'язками з пристроєм зв'язку 5, 10, призначеними для передачі інформації, скануючими приймачами 2, 7 і вимірниками величини запізнення приходу 8, 8 сигналів 3 кожного з яких з'єднаний з виходом відповідного приймача, що сканує. Виміряні приймачами сигнали ІРІ надходять за двонаправленим зв'язком до комп'ютера відповідного поста. У блоках 3, 8 здійснюється вимірювання величини запізнення приходу сигналів як еталонних РЕМ для створення файлу калібрування, використовуваного при розрахунку координат, так і сигналів ІРІ та передача вимірюваних величин на запит комп'ютера в його базу даних. Під керуванням комп'ютера провідного поста всі відомості з провідного поста передаються каналом зв'язку пристрою зв'язку 5, 10 комп'ютер провідного поста. Там проводиться розрахунок координат за рівняннями положення ІРІ з урахуванням діаграм спрямованості антен та калібрувальних файлів. Обчислення координат проводяться чисельним методом послідовних наближень. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє визначати координати ІРІ на відміну від прототипу:

1) лише двома стаціонарними постами радіоконтролю;

2) прийом сигналу ІРІ здійснюється лише на дві антени;

3) використовуються спрямовані антени із вираженими максимумами діаграми спрямованості, а не з круговою діаграмою спрямованості;

4) вимірювання величин запізнення приходу сигналів на антени постів здійснюється в місці розміщення антен одновходовим вимірювачем, використовуючи при цьому не сигнали з виходів антен безпосередньо, а використовуючи посилені та відфільтровані сигнали з виходів радіоприймачів;

5) обчислення різниці виміряних величин запізнення приходу сигналу здійснюється не двовходовим вимірювачем, з'єднаним з виходом рознесених антена, а на одному комп'ютері провідного посту з використанням при цьому отриманих шляхом вимірювання калібрувальних файлів;

6) головний пелюстка кожної з антен розташовують у різних напівплощинах щодо лінії бази. приймаючи за справжні лише координати, що належать до тієї напівплощини щодо лінії бази, в якій знаходиться головний пелюстка антени з найбільшим рівнем прийнятого сигналу.

7) обчислення координат розташування здійснюється чисельним методом;

8) при апріорно знятій невизначеності розташування ІРІ щодо лінії бази застосовують ненаправлену (наприклад, штирову або біконічну антени) та обчислення координат ведуть за формулами (1), (2) з урахуванням (3) та (4). Це спрощує реалізацію пристрою за пропонованим способом

Таких особливостей не виявлено ні в аналогах, ні в прототипі і свідчить про наявність запропонованого винаходу ознак новизни і відповідного рівня винахідливості.

Література

1. Корнєєв І.В., Ленцман В.Л. та ін. Теорія та практика державного регулювання використання радіочастот та РЕМ цивільного застосування.

Збірник матеріалів курсів підвищення кваліфікації спеціалістів радіочастотних центрів федеральних округів. Книга 2. - СПб.: СПбГУТ. 2003.

2. Ліпатніков В.А., Соломатін А.І., Терентьєв А.В. Радіопеленгація. Теорія та практика. Спб. ВАС, 2006 р. – 356 с.

3. Спосіб визначення координат розташування джерел радіовипромінювання. Заявка №2009138071, опубл. 20.04.2011 р. Б.І. № 11. Автори: Логінов Ю.І., Єкімов О.Б., Рудаков Р.М.

4. Різностно-дальномірний спосіб пеленгування джерела радіовипромінювання. Патент РФ № 2325666 С2. Автори: Сайбель А.Г., Сидоров П.А.

5. Рознесений різницево-дальномірний пеленгатор. Патент РФ № 2382378, С1. Автори: Івасенко О.В., Сайбель О.Г., Хохлов П.Ю.

6. Різностно-дальномірний спосіб визначення координат джерела радіовипромінювання і пристрій, що реалізує його. Патент РФ № 2309420. Автори: Сайбель А.Г., Гришин П.С.

7. Дальномірно-різностно-дальномірний спосіб визначення координат джерела радіовипромінювання і пристрій, що реалізує його. Патент РФ № 2363010, С2, опубл. 27.10.2007 р. Автори: Сайбель А.Г., Вайгель К.І

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб визначення координат розташування джерел радіовипромінювання (ІРІ), заснований на вимірюванні рівнів і різниці часу приходу сигналу від ІРІ на рознесені антени скануючими радіоприймачами і перетворених у систему рівнянь, який відрізняється тим, що використовують два стаціонарних радіоконтрольних посту, один з яких приймають за ведучий, з'єднуючи з іншою лінією зв'язку, калібрують вимірювач величини запізнення приходу сигналів на пости, використовуючи еталонні радіоелектронні засоби з відомими параметрами сигналів і координатами розташування, на постах здійснюють квазісинхронне сканування для виявлення ІРІ, а потім виконують вимірювання рівнів сигналів на заданих фіксах величин запізнення приходу сигналів ІРІ, передачу їх на провідний пост, де обчислюють відношення рівнів і різницю запізнення приходу сигналів ІРІ з використанням результатів калібрування вимірювачів, а також становлять два рівняння, кожне з яких описує коло з радіусом, що дорівнює відстані від поста до ІРІ, ці відстані визначають через відношення рівнів сигналів і різницю величин запізнення приходу сигналу, виміряних на постах з використанням тільки однієї пари антен з відомими азимутом осей головної пелюстки та діаграмами спрямованості, головна пелюстка кожної з яких розташована в різних напівплощинах щодо лінії бази, а координати ІРІ визначають чисельним методом розв'язання складених рівнянь, приймаючи за справжні лише координати, що належать до тієї напівплощини щодо лінії бази, в якій знаходиться головна пелюстка антени з найбільшим рівнем прийнятого сигналу.

2. Пристрій для визначення координат розташування джерел радіовипромінювання, що містить, з'єднані двонаправленими лініями зв'язку, пости, що включають приймальні антени, скануючі радіоприймачі, керовані комп'ютером, що відрізняється тим, що містить два однакових радіоконтрольних посту, один з яких є провідним, і на кожному посту вимірювач величини запізнювання приходу сигналів, причому виходи антен підключені на входи скануючих радіоприймачів, керуючий комп'ютер з'єднаний двонаправленими зв'язками з пристроєм зв'язку, скануючим приймачем і вимірювачем величини запізнення приходу сигналів, вхід якого з'єднаний з виходом приймача, що сканує.