Metoda dálkoměru pro určování polohy a složek vektoru rychlosti objektů pomocí rádiových signálů z kosmických lodí družicových radionavigačních systémů. Metoda dálkoměru Metody určování polohy

Na základě souhrnu naměřených geometrických parametrů se systém pro určování polohy zdrojů EMR dělí na:

· triangulace (goniometr, zaměřování);

· rozdílové dálkoměry;

· dálkoměry úhlových rozdílů.

Druh a počet měřených geometrických veličin určuje prostorovou strukturu systému pro určení polohy zdroje EMR: počet prostorově oddělených přijímacích bodů signálů zdroje EMR a geometrii jejich umístění.

Metoda triangulace (goniometr, zjišťování směru) je založena na určování směrů (ložisek) ke zdroji EMR ve dvou bodech v prostoru pomocí radiových zaměřovačů umístěných na bázi d (obr. 18, a).

Rýže. 18. Vysvětlení triangulační metody pro určení umístění zdroje EMR v rovině (a) a v prostoru (b)

Pokud je zdroj EMR umístěn v horizontální nebo vertikální rovině, pak pro určení jeho umístění stačí změřit dva azimutové úhly μ1 a μ2 (nebo dva elevační úhly). Umístění zdroje EMR je určeno průsečíkem přímek O1I a O2I - dvou polohových čar.

Pro určení polohy zdroje v prostoru změřte azimutální úhly qa1 a qa2 ve dvou od sebe vzdálených bodech O1 a O2 a elevační úhel qm1 v jednom z těchto bodů nebo naopak elevační úhly qm1 a qm2 ve dvou přijímacích bodech a azimutový úhel qa1 u jednoho z nich (obr. 18, b).

Výpočtem lze vzdálenost od jednoho z přijímacích bodů ke zdroji určit pomocí naměřených úhlů a známé základní hodnoty d:

odtud dáváme rovnítko mezi dva výrazy pro h:

Tedy vzdálenost ke zdroji

Metoda triangulace je technicky snadno proveditelná. Proto je široce používán v rádiových a RTR systémech, v pasivních radarových diverzních systémech pro detekci a určování souřadnic emitujících objektů.

Významnou nevýhodou triangulační metody je, že s nárůstem počtu zdrojů EMR umístěných v oblasti pokrytí zaměřovačů směru může docházet k falešným detekcím neexistujících zdrojů (obr. 19). Jak je patrné z obr. 19, spolu s určením souřadnic tří skutečných zdrojů I1, I2 a I3 je také detekováno šest falešných zdrojů LI1, ..., LI6. Falešné detekce lze při použití triangulační metody eliminovat získáním redundantních informací o zdrojích zaměřování – zvýšením počtu rozmístěných radiových zaměřovačů nebo identifikací přijaté informace jako příslušnosti ke konkrétnímu zdroji. Identifikaci lze provést porovnáním signálů přijímaných zaměřovači podle nosné frekvence, periody opakování a trvání pulzu

Rýže. 19.

Další informace o zdrojích jsou také získávány prostřednictvím křížového korelačního zpracování signálů přijatých v rozmístěných bodech v prostoru.

Eliminace falešných detekcí při použití triangulační metody je možná i získáním údajů o rozdílu vzdáleností od zdroje záření k přijímacím bodům (polohám radiových zaměřovačů). Pokud průsečík nosných čar neleží na hyperbole odpovídající rozdílu rozsahu, pak je nepravdivý.

Metoda měření rozdílového rozsahu určování polohy je založena na měření rozdílu vzdáleností od zdroje EMR k přijímacím bodům odděleným v prostoru vzdáleností d pomocí RES. Umístění zdroje v rovině se najde jako průsečík dvou hyperbol (dva rozsahové rozdíly měřené ve třech přijímacích bodech) patřících k různým základnám A1A2, A2A3 (obr. 20). Ohniskové body hyperbol se shodují s umístěním přijímacích bodů.

Rýže. 20.

Prostorová poloha zdrojů EMR je určena třemi rozdíly rozsahu, měřenými ve třech až čtyřech přijímacích bodech. Umístěním zdroje je průsečík tří rotačních hyperboloidů.

Metoda určení polohy pomocí goniometru, rozdílu a dálkoměru zahrnuje měření rozdílu vzdáleností od zdroje EMR ke dvěma od sebe vzdáleným přijímacím bodům pomocí RES a měření směru ke zdroji v jednom z těchto bodů.

Pro určení souřadnic zdroje na rovině stačí změřit azimut μ a rozdíl v rozsazích arteriálního tlaku od zdroje k přijímacím bodům. Umístění zdroje je určeno průsečíkem hyperboly a přímky.

Pro určení polohy zdroje v prostoru je nutné dodatečně změřit elevační úhel zdroje EMR v jednom z přijímacích bodů. Umístění zdroje se najde jako průsečík dvou rovin a povrchu hyperboloidu.

Chyby při určování umístění zdroje EMR v rovině závisí na chybách měření dvou geometrických veličin:

· dvě ložiska v triangulačních systémech;

· dva rozdíly vzdáleností v systémech rozdílových dálkoměrů;

· jedno ložisko a jeden rozdíl rozsahu v systémech úhlových rozdílů a dálkoměrů.

S vycentrovaným Gaussovým zákonem rozdělení chyb při určování polohových čar je střední kvadratická hodnota chyby při určování umístění zdroje:

kde jsou rozptyly chyb při určování polohových čar; r je koeficient vzájemné korelace náhodných chyb při určování polohových čar LI a L2; r - úhel průsečíku polohových čar.

Pro nezávislé chyby při určování polohových čar je r = 0.

S triangulační metodou určení polohy zdroje

Odmocnina Mean Square Position Error

Při použití identických zaměřovačů

Největší přesnost bude, když se poziční čáry protínají v pravém úhlu (r = 90°).

Při posuzování chyb při určování polohy zdroje v prostoru je nutné uvažovat s chybami měření tří geometrických veličin. Chyba umístění závisí v tomto případě na relativní prostorové orientaci polohovacích ploch. Nejvyšší přesnost určení polohy bude, když se normály k polohovacím plochám protínají v pravém úhlu.

Vynález se týká oblasti radiotechniky, jmenovitě rádiových monitorovacích systémů pro určování souřadnic umístění zdrojů rádiového vyzařování (ERS). Dosaženým technickým výsledkem je snížení nákladů na hardware. Navržená metoda je založena na příjmu signálů OZE anténami, měření rozdílu v čase příjmu signálu z OZE na více bodech v prostoru skenováním rádiových přijímačů, převedených do soustavy rovnic a je také založena na použití dvou stejných , stacionární rádiové monitorovací stanoviště (RP), z nichž jeden je považován za vedoucí, navazující na další komunikační linku, při kalibraci měřiče hodnoty zpoždění příchodu signálů na (RP), pomocí referenčního radioelektronického zařízení (RES ) se známými parametry signálu a souřadnicemi polohy, pak se na RP a velikosti zpoždění příchodu signálů RES provádí kvazisynchronní skenování a měření úrovní signálu na specifikovaných pevných ladicích frekvencích. Informace z podřízeného RP jsou přenášeny do nadřízeného, ​​kde je vypočítán poměr úrovní a rozdíl v příchodovém zpoždění signálů OZE s přihlédnutím k výsledkům kalibrace měřidel a dvě rovnice pro polohu OZE. jsou sestaveny, z nichž každý popisuje kružnici s poloměrem rovným vzdálenosti od RP k RES. Vzdálenosti jsou určeny poměrem úrovní signálu a rozdílem v době příjmu signálu měřené na RP pomocí pouze jednoho páru antén se známým azimutem osy hlavního laloku a vyzařovacím diagramem, přičemž hlavní lalok každé z nich je umístěn v jiném poloroviny vzhledem k základní čáře a souřadnice IR jsou určeny numerickou metodou řešení sestavených rovnic, přičemž za pravdivé se považují pouze souřadnice vztahující se k polorovině vzhledem k základní čáře, ve které je hlavní lalok je umístěna anténa s nejvyšší úrovní přijímaného signálu. Zařízení implementující metodu obsahuje dva identické RP, z nichž jeden je master, a na každé stanici obsahuje směrové antény, měřicí skenovací rádiový přijímač, měřič zpoždění příchodu signálu, počítač a komunikační zařízení propojené určitým způsobem. 2 n.p. f-ly, 2 nemocní.

Výkresy pro RF patent 2510038

Vynález se týká oblasti radiotechniky, konkrétně rádiových monitorovacích systémů pro určování souřadnic polohy zdrojů rádiového vyzařování (ERS), o kterých informace nejsou v databázi (například státní radiofrekvenční služba nebo státní služba dohledu nad komunikací). Vynález lze využít při hledání polohy neoprávněných komunikačních prostředků.

Jsou známé metody pro určování souřadnic PRI, ve kterých se používají alespoň tři pasivní zaměřovače, těžiště oblasti průsečíku identifikovaných azimutů na frontě příchodu vlny se bere jako odhad polohy . Hlavní principy činnosti takových zaměřovačů jsou amplitudové, fázové a interferometrické. Široce používanou metodou je metoda zjišťování amplitudového směru, která využívá anténní systém, který má vyzařovací diagram s výrazným maximem hlavního laloku a minimálními zadními a bočními laloky. Mezi takové anténní systémy patří např. logaritmicky periodické nebo antény s kardioidní charakteristikou apod. U amplitudové metody se mechanické otáčení používá k dosažení polohy antény, při které má výstupní signál maximální hodnotu. Tento směr je brán jako směr do Íránu. Mezi nevýhody většiny zaměřovačů patří vysoký stupeň složitosti anténních systémů, spínacích zařízení a přítomnost vícekanálových rádiových přijímačů, stejně jako potřeba vysokorychlostních systémů pro zpracování informací.

Přítomnost státní radiofrekvenční služby ve federálních obvodech radiových kontrolních stanovišť propojených centrálním bodem rozsáhlé sítě, vybavených prostředky pro příjem rádiových signálů, měření a zpracování jejich parametrů, umožňuje doplnit jejich funkce o úkoly určení souřadnic umístění těch radioaktivních zdrojů, o kterých informace nejsou v databázi, bez použití složitých a drahých zaměřovačů.

Je známá metoda, při které se pro určení souřadnic místa RES používají N, nejméně čtyři stacionární rádiová kontrolní stanoviště, která se nenacházejí na stejné přímce, z nichž jedno je považováno za základní, spojující s zbývajících N-1 stanovišť komunikačními linkami, kvazisynchronní skenování je prováděno na všech stanovištích na daných pevných ladicích frekvencích, zprůměrovány naměřené hodnoty úrovní signálu na každé ze snímaných frekvencí a poté na základní stanici pro každou z kombinace C 4 N (kombinace N x 4) založené na nepřímo úměrném vztahu mezi poměry vzdálenosti od stanoviště k rádiovému zdroji a odpovídající Na základě rozdílů v úrovních signálu vyjádřených v dB jsou vytvořeny tři rovnice, z nichž každá z nichž popisuje kružnici stejných poměrů, na základě parametrů libovolných dvou párů, z nichž určují aktuální průměrnou hodnotu zeměpisné šířky a délky umístění zdroje rádiového vyzařování. Nevýhodou této metody je velký počet stacionárních rádiových monitorovacích stanovišť.

Jsou známy způsoby a zařízení pro zaměřování směru (4, 5), které lze použít pro účely určení souřadnic.

Metoda (4) je založena na příjmu signálů třemi anténami, tvořícími dva páry měřících základen, měření rozdílů v dobách příchodu signálů OZE a deterministických výpočtech požadovaných souřadnic.

Nevýhody této metody zahrnují:

1) Velké množství antén.

2) Metoda není zaměřena na použití stanovišť rádiového ovládání.

3) Měřící báze pro výpočet rozdílu časů příchodu signálů s dvojicemi antén výrazně omezují rozestupy těchto antén, nemluvě o neúčelnosti a velké technické náročnosti realizace metody.

Rozmístěný zaměřovač (5) s rozdílovým dosahem, sestávající ze dvou periferních bodů, centrálního a jediného časového systému, má za cíl odlehčit komunikační kanál mezi body. Periferní body jsou navrženy tak, aby přijímaly, ukládaly, zpracovávaly signály a přenášely fragmenty signálu do CPU, kde se vypočítává rozdíl v době příchodu signálu. Jednotný časový systém využívá kronikář, který je správcem aktuální časové stupnice (hodin) vázané na jednotnou časovou stupnici, určený k propojení hodnot úrovně signálu zaznamenaných v paměti s hodnotou času příjmu.

Tento vyhledávač směru má následující nevýhody:

1) Nepřizpůsobeno rádiovým kontrolním bodům používaným v pobočkách federálních okresů státní radiofrekvenční služby nebo státní služby dozoru nad spoji.

2) Velký počet specializovaných stanovišť pro zaměřování (nikoli však rádiové kontroly).

3) Neopodstatněné a nezveřejněné (alespoň do funkční schéma) použití jednotného časového systému na CPU a kronikářů na PP, synchronizovaných s jednotným časovým systémem.

4) Potřeba rádiových kanálů s velkou šířkou pásma (až 625 Mbaud) pro přenos i fragmentů signálů z PP1 a PP2 do CPU.

5) K uspořádání rádiového kanálu jsou nutná rádiová vysílací zařízení a získání povolení k jejich provozu za určitých provozních podmínek.

Je známá metoda rozdílového dálkoměru pro určení souřadnic zdroje rádiového vyzařování a zařízení, které je implementuje (6).

Metoda založená na příjmu signálů OZE čtyřmi anténami tvořícími tři nezávislé měřící základny v odsazených bodech A, B, C, D tak, že objem obrazce vytvořeného z těchto bodů je větší než nula (V A, B, C, D > 0). Signál je současně přijímán všemi anténami, jsou měřeny tři nezávislé časové rozdíly t AC, t BC, t DC příjmu signálu dvojicemi antén tvořících základny měřících antén (AC), (BC) a (DC). Na základě naměřených časových rozdílů se vypočítají rozdíly vzdáleností od IR k dvojicím bodů (A, C), (B, C), (D, C), pro k-tý trojitý antény umístěné v bodech A, B, C při k=1, B, C, D při k=2, D, C, A při k=3 se vypočítají úhlové hodnoty k charakterizující úhlovou polohu polohové roviny pomocí naměřených rozdílů vzdáleností RES k , k=1, 2, 3 vzhledem k odpovídající měřicí základně a souřadnic bodu F k náležejícího k-té rovině polohy OZE vypočítejte požadované souřadnice OZE jako souřadnice průsečík tří rovin polohy OZE k , k=1, 2, 3, z nichž každá je charakterizována souřadnicemi bodů umístění k-tý anténní trojice a vypočtené hodnoty úhlu k a souřadnic bodu Fk zobrazí výsledky výpočtu souřadnic OZE v daném formátu.

Tato metoda a zařízení, které ji implementuje, jsou blíže k nárokovanému, ale mají také řadu významných nevýhod:

1) Náročnost praktického provedení metody z důvodu nemožnosti změřit rozdíly v čase příjmu signálu OZE pouze anténami (v blokovém schématu nejsou měřicí rádiové přijímače).

2) Nutnost přivést signály OZE z antén EMD rozmístěných v optimální vzdálenosti 0,6-0,7 R dle (2) do jednoho bodu, což je prakticky nepraktické realizovat.

3) Změřit rozdíl v čase příjmu signálu OZE na konkrétních daných frekvencích přímo z antén (bez použití rádiových přijímačů, které nejsou v blokovém schématu znázorněny) je velmi obtížné.

4) Pro měření rozdílu v době příjmu signálu přímo z antén se používají dvouvstupové měřiče.

5) Složitost technické realizace vzhledem k velkému počtu různých počítačů.

6) Nejistota při konstrukci poziční plochy ve tvaru roviny kolmé na rovinu antén, jelikož antény v bodech A, B, C, D nejsou umístěny ve stejné rovině, jak dokládá podmínka V A, B , C, D > 0 v nárocích .

Nejblíže nárokovanému je metoda dálkoměr-rozdíl-dálkoměr pro určování souřadnic zdroje rádiového vyzařování a zařízení (7), které ji implementuje, přijatá jako prototyp.

Metoda je založena na příjmu signálu třemi anténami, měření hodnot dvou rozdílů v časech příjmu signálu OZE anténami, měření dvou hodnot hustoty výkonového toku signálu OZE a následném zpracování výsledků měření za účelem výpočtu souřadnic bodu, kterým prochází polohová čára OZE.

Tato metoda zahrnuje provádění následujících operací:

Tři antény jsou umístěny ve vrcholech trojúhelníku ABC;

Příjem signálu na všech třech anténách;

Jsou měřeny dva rozdíly v časech t AC a t BC příjmu signálu RES anténami;

Hustoty P1 a P2 výkonového toku signálu jsou měřeny v místech antén 1 a 2;

Vypočítejte hodnoty rozdílů v dosahech od OZE po páry antén pomocí výrazů r AC =C t AC, r BC = C t BC, r AB = r AC - r BC, kde C je rychlost šíření elektromagnetické vlny;

Vypočítejte souřadnice pomocí výsledného vzorce.

V souladu s (7) zařízení implementující metodu zahrnuje:

Tři antény;

Dva měřiče časového rozdílu;

Dva měřiče hustoty výkonového toku;

Výpočetní jednotka;

Zobrazovací blok.

Prototyp má následující nevýhody:

1) Praktická náročnost implementace metody z důvodu nemožnosti změřit rozdíly v čase příjmu signálu OZE pouze anténami (v blokovém schématu chybí měřicí rádiové přijímače).

2) Nutnost kombinovat signály OZE z antén vzdálených několik kilometrů od sebe do jednoho bodu pro měření s dvouvstupovými měřidly, což je významný problém, který autoři patentu neřešili.

3) Nepřizpůsobené vybavení rádiových kontrolních stanovišť (dva měřiče časového rozdílu, dva měřiče hustoty výkonového toku, výpočetní jednotka, indikační jednotka) dostupné v pobočkách federálních obvodů radiofrekvenční služby Ruské federace jsou nadbytečné. , a proto tam nelze použít.

4) Použitelné přijímací antény může být pouze izotropní, protože vzorce pro výpočet souřadnic neobsahují parametry jejich směrových vzorů.

Účelem předkládaného vynálezu je vyvinout metodu pro určení souřadnic umístění radioaktivních zdrojů dvěma rádiovými kontrolními stanovišti, která umožní aplikovat tuto metodu téměř ve všech pobočkách federálních obvodů radiofrekvenční služby ČR. Ruská federace.

Tohoto cíle je dosaženo pomocí znaků specifikovaných v nárocích, společných pro prototyp: způsob určování souřadnic umístění zdrojů rádiového vyzařování, založený na příjmu ozařovacích signálů anténami, měření úrovní a časového rozdílu příjmu signálu ze zdrojů záření v několika bodech v prostoru skenováním rádiových přijímačů a převedením do systémových rovnic a charakteristické rysy: k určení souřadnic umístění OZE se používají dvě identická stacionární rádiová kontrolní stanoviště, z nichž jedno je považováno za vedoucího, propojeného s druhým komunikační linkou, měřič hodnoty zpoždění příchodu signálů na stanovištích je kalibrován pomocí standardních RES se známými parametry signálu a souřadnicemi polohy, na stanovištích pak provádějí kvazisynchronní snímání a měření úrovní signálů na daných pevných ladicích frekvencích a velikosti zpoždění příchodu PR signálů a následně je přenesou na základní stanoviště, kde spočítají poměr úrovní a rozdíl zpoždění příchodu signálů OZE s přihlédnutím k výsledky kalibrace měřidel a také sestavit dvě rovnice pro polohu OZE, z nichž každá popisuje kružnici o poloměru rovném vzdálenosti od sloupku k OZE, a tyto vzdálenosti jsou určeny poměrem signálu úrovně a rozdílu v době příjmu signálu, měřené na stanovištích pomocí pouze jednoho páru antén se známým azimutem osy hlavního laloku a směrovostí diagramu, a souřadnice RES jsou určeny numerickou metodou řešení sestavených rovnic. Způsob podle vynálezu je znázorněn na výkresech, které znázorňují:

Na obr.1 - umístění dvou rádiových monitorovacích stanovišť a poloha OZE, E - skutečná poloha, Ef - fiktivní; a, b - úhly polohy osy hlavního laloku dna; AB - základní linie; AE, BE - linie azimutů aab ke skutečné poloze IRE; AEf, VEf - linie azimutů af a bf k fiktivnímu IRE;

Obrázek 2 je blokové schéma implementace navrhované metody,

Navrhovaná metoda zahrnuje provedení následujících operací:

1) Kalibrujte měřič zpoždění příchodu signálu (SAR) na stanovištích pomocí pole referenčních RES se známými parametry signálu a souřadnicemi umístění. Každý referenční RES musí být umístěn v zóně EMD obou stanovišť. Jejich počet a rozložení v zóně EMD musí být dostatečné, aby byla zajištěna stanovená přesnost kalibrace jak ve vzdálenosti, tak v azimutu od sloupků.

2) Na každém stanovišti jsou měřeny úrovně signálů pomocí rádiového přijímače a zpoždění příchodu signálů OZE pomocí vhodného měřiče, pomocí post antén se známým vyzařovacím diagramem, při naladění přijímače na stanovené pevné frekvence. Postup měření hodnot zpoždění příchodu signálů RES se provádí podobně jako v kroku 1. Výsledky se uloží do databanky vašeho počítače.

3) Odešlete informace z podřízeného počítače do hlavního počítače prostřednictvím komunikačního kanálu komunikačního zařízení.

4) Vypočítejte rozdíl hodnot zpoždění příchodu signálů k anténám stanovišť jak z referenčního RES, tak z RES, s přihlédnutím k výsledkům podle nároku 1, a také vypočítejte poměr úrovní signálů z OZE, měřených rádiovými přijímači stanovišť.

5) Sestavte soustavu dvou rovnic, které určují polohu IRE, a vyřešte ji numericky pomocí údajů z bodu 4.

Polohové rovnice pak budou mít tvar kružnic

kde: ra, r b jsou vzdálenosti od sloupků k požadovanému OZE a 8 je jejich rozdíl (obr. 1).

Druhé mocniny poměrů poloměrů z hlediska naměřených úrovní signálu zapisujeme jako

Poměr druhých mocnin vzdáleností, určený rozdílem úrovní signálu naměřených na rádiových monitorovacích stanovištích A a B a vyjádřený v dB, nám umožňuje popsat polohovou linii PXR, přičemž eliminuje závislost této polohové linie na výkon požadovaného zdroje rádiového vyzařování. V tomto případě se z (3) na základě vypočteného rozdílu ve vzdálenostech určí druhé mocniny vzdáleností ve tvaru:

A .

Protože se kružnice protínají ve dvou bodech symetrických vzhledem k základní čáře (viz obr. 1), vzniká v souřadnicích IRI nejednoznačnost. K odstranění výsledné nejednoznačnosti lze provádět opakovaná měření pomocí směrových (se známým obrazcem paprsku), například log-periodických nebo kardioidních rotačních antén. Tato možnost je však spojena s velkými časovými náklady a složitostí automatizace takového řešení. Ve způsobu podle vynálezu se stanovení souřadnic RES se současným odstraněním nejednoznačnosti provádí měřením úrovní signálu přímo směrovým anténám. Směrové antény se v tomto případě neotáčí ve směru maximálního vyzařovaného signálu, ale musí být známa poloha osy jeho hlavního laloku na obou sloupcích a laloky jsou vůči základně orientovány přibližně v opačných směrech. Tato poloha os hlavních laloků antén je znázorněna na obr.1. Závislost EMF na anténním výstupu E() souvisí s intenzitou pole v jeho blízkosti a úhlem, který určuje polohu osy hlavního laloku spodního paprsku vzhledem k azimutu na PXR, lze znázornit jako E() = Em (), kde Em je maximální EMF odpovídající směru laloku hlavní osy ke zdroji, () - funkce, která určuje anténní diagram. Nyní lze poměr úrovní signálu pro směrové antény n (a, b) reprezentovat poměrem úrovní přijatých ze všesměrových antén n ab as, kde

A - funkce vztahů DNA.

Proto n ab =n( a, b)/ (a, b) a druhé mocniny poloměrů (4) soustavy (1) budou uvedeny ve tvaru:

Pro řešení soustavy rovnic (1) a (2) s uvážením (5) a (6) je nutné určit úhly a, b a znát (). Z obr. 1 jsou definovány jako a = a - a, b = b - b, ,

kde: af = af - a, bf = bf - 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).

Složení zařízení podle vynálezu, které implementuje způsob podle vynálezu, zahrnuje dvě identická rádiová kontrolní stanoviště - RKP A a RKP B, obsahující:

1. Antény 1, 6;

2. Rádiové přijímače (RP) 2, 7;

3. Měřiče hodnot zpoždění signálu (IVZ) 3, 8;

4. Počítače 4, 9;

5. Komunikační zařízení 5, 10.

Jeden z postů (např. nechť je to příspěvek RKP A) je vedoucí. Výstupy antén 1, 6 jsou propojeny se vstupy snímacích rádiových přijímačů 2, 7, řídící počítače 4, 9 jsou propojeny obousměrnými spoji s komunikačním zařízením 5, 10, určeným pro přenos informací, snímacích přijímačů 2, 7 popř. metry zpoždění příchodu signálů 3, 8, z nichž každý je připojen k výstupu odpovídajícího skenovacího přijímače. Signály RES měřené přijímači jsou odesílány prostřednictvím obousměrné komunikace do počítače na příslušném stanovišti. V blocích 3, 8 je měřena hodnota zpoždění příchodu signálů jak z referenčního RES pro vytvoření kalibračního souboru používaného při výpočtu souřadnic, tak signálů RES a naměřené hodnoty jsou na žádost počítače přeneseny do jeho databáze. . Pod řízením hlavního poštovního počítače jsou všechny informace z podřízené pošty přenášeny přes komunikační kanál komunikačního zařízení 5, 10 do hlavního poštovního počítače. Tam se souřadnice vypočítají pomocí rovnic pro polohu OZE s přihlédnutím k vyzařovacím diagramům antén a kalibračních souborů. Výpočty souřadnic se provádějí pomocí numerické metody postupných aproximací. Navržená metoda vám tedy umožňuje určit souřadnice RES na rozdíl od prototypu:

1) pouze dvě stacionární rádiová monitorovací stanoviště;.

2) signál RES je přijímán pouze dvěma anténami;

3) používají se směrové antény s výraznými maximy vyzařovacího diagramu, nikoli s kruhovým vyzařovacím diagramem;

4) měření hodnot zpoždění příchodu signálů na antény sloupků se provádí v místě antén jednovstupovým měřičem, nikoli přímo pomocí signálů z anténních výstupů, ale pomocí zesílených a filtrované signály z výstupů rádiových přijímačů;

5) výpočet rozdílu v hodnotách zpoždění příchodu naměřeného signálu se neprovádí dvouvstupovým měřičem připojeným k výstupu rozmístěných antén, ale na jednom počítači vedoucího stanoviště pomocí kalibračních souborů získaných měřením;

6) hlavní lalok každé antény je umístěn v různých polorovinách vzhledem k základní čáře. brát za pravdivé pouze souřadnice vztahující se k polorovině vzhledem k základní čáře, ve které se nachází hlavní lalok antény s nejvyšší úrovní přijímaného signálu.

7) výpočet souřadnic polohy se provádí pomocí numerické metody;

8) když je a priori odstraněna nejistota umístění OZE vzhledem k základní čáře, použije se všesměrová anténa (například bičová nebo bikónická anténa) a souřadnice se vypočítají pomocí vzorců (1), (2) s přihlédnutím k (3) a (4). To zjednodušuje implementaci zařízení pomocí navržené metody

Takové znaky nebyly identifikovány ani v analogech, ani v prototypu a naznačují přítomnost znaků novosti a odpovídající úrovně vynalézavosti v navrhovaném vynálezu.

Literatura.

1. Kornejev I.V., Lenzman V.L. a další Teorie a praxe státní regulace využívání rádiových kmitočtů a radioelektroniky pro civilní použití.

Sbírka materiálů pro pokročilé školicí kurzy pro specialisty v radiofrekvenčních střediscích ve federálních distriktech. Kniha 2. - Petrohrad: SPbSUT. 2003.

2. Lipatnikov V.A., Solomatin A.I., Terentyev A.V. Rádiové vyhledávání směru. Teorie a praxe. Petrohrad VAS, 2006 - 356 s.

3. Metoda určování souřadnic umístění zdrojů rádiového vyzařování. Přihláška č. 2009138071, publ. 20.04.2011 B.I. č. 11. Autoři: Loginov Yu.I., Ekimov O.B., Rudakov R.N.

4. Diferenční dálkoměrná metoda zjišťování směru zdroje radiového vyzařování. RF patent č. 2325666 C2. Autoři: Saibel A.G., Sidorov P.A.

5. Rozmístěný zaměřovač směru. RF patent č. 2382378, C1. Autoři: Ivasenko A.V., Saibel A.G., Khokhlov P.Yu.

6. Metoda rozdílového dálkoměru pro určení souřadnic zdroje rádiového vyzařování a zařízení, které je implementuje. RF patent č. 2309420. Autoři: Saibel A.G., Grishin P.S.

7. Metoda dálkoměr-rozdíl-dálkoměr pro určení souřadnic zdroje rádiového vyzařování a zařízení, které ji implementuje. RF patent č. 2363010, C2, publ. 27.10.2007 Autoři: Saibel A.G., Weigel K.I.

NÁROK

1. Metoda určování souřadnic umístění zdrojů rádiového vyzařování (RS), založená na měření úrovní a rozdílu v době příchodu signálu z RS k rozmístěným anténám skenováním rádiových přijímačů a převedena na systém rovnic, vyznačující se tím, že jsou použity dvě stacionární rádiové monitorovací stanice, z nichž jedna je brána jako vedoucí, propojená s další komunikační linkou, kalibruje měřič hodnoty zpoždění příchodu signálů na stanoviště pomocí standardních radioelektronických prostředků se známými parametry signálu a souřadnicemi polohy provádějí na stanovištích kvazisynchronní skenování k identifikaci ozářeného záření a poté měří úrovně signálu na daných pevných ladicích frekvencích a hodnoty zpoždění příchodu signálů RES a přenášejí je na vedoucí stanoviště, kde je pomocí výsledků kalibrace měřidel vypočítán poměr hladin a rozdíl ve zpoždění příchodu signálů OZE a také dvě rovnice, z nichž každá popisuje kružnici o poloměru rovna vzdálenosti od stanoviště k RES a tyto vzdálenosti jsou určeny poměrem úrovní signálu a rozdílem hodnot zpoždění příchodu signálu naměřených na stanovištích pomocí pouze jednoho páru antén se známým azimutem os hlavních laloků a vyzařovací diagramy, z nichž hlavní lalok každého je umístěn v různých polorovinách vzhledem k základní čáře, a souřadnice IR jsou určeny pomocí numerické metody pro řešení sestavených rovnic, přičemž za pravdivé se považují pouze souřadnice související se základní linií. polorovina vzhledem k základní čáře, ve které se nachází hlavní lalok antény s nejvyšší úrovní přijímaného signálu.

2. Zařízení pro určování souřadnic umístění zdrojů rádiového vyzařování, obsahující stanoviště propojená obousměrnými komunikačními linkami, včetně přijímacích antén, snímací rádiové přijímače řízené počítačem, vyznačující se tím, že obsahuje dvě totožná rádiová řídící stanoviště, z nichž jeden je master, a na každém stanovišti metr velikost zpoždění příchodu signálu, a výstupy antén jsou propojeny se vstupy snímacích rádiových přijímačů, řídící počítač je propojen obousměrnými spoji s komunikačním zařízením, snímací přijímač a měřič hodnoty zpoždění příchodu signálu, jehož vstup je spojen s výstupem snímacího přijímače.

Radiotechnické metody měření vnější dráhy

Zařízení pro externí měření trajektorie, založené na radiotechnickém principu, má větší sledovací dosah a je univerzálnější ve srovnání s optickým zařízením. Umožňuje určit nejen úhlové souřadnice letadla, ale také vzdálenost k objektu, jeho rychlost, směrové kosiny dosahové čáry atd.

V rozsahu v radiotechnických systémech jde o určení doby zpoždění t D příchod emitovaných nebo odražených rádiových signálů, které jsou úměrné dosahu

D=ct D,

Kde S=3×10 8 m/s - rychlost šíření rádiových vln.

V závislosti na typu použitého signálu, definice t D lze provést měřením fáze, frekvence nebo přímého časového posunu vzhledem k referenčnímu signálu. Bylo nalezeno největší praktické uplatnění puls (dočasný) A fázové metody. V každém z nich lze měření dosahu provádět jako nevyžádaný, tak žádost cesta. V prvním případě rozsah D=ct D, ve druhém - D=0,5ct D .

Na pulzní metoda bez požadavku Na palubě letadla i na zemi jsou instalovány vysoce přesné časovače x 1 A x 2, synchronizované před spuštěním (obr. 9.5). Podle impulsů u 1 kronikář x 1 palubní vysílač P vysílá pulzní signály s tečkou T. Pozemní přijímací zařízení Atd přijímá je prostřednictvím tD = D/c. Interval t D mezi pulzy pozemního kronikizátoru u 2 a impulsy u 1 na výstupu přijímače odpovídá naměřenému rozsahu.

Na pulzní metoda požadavku signál je vysílán pozemním vysílačem, přijímán palubním přijímačem a přenášen zpět.

Rýže. 9.5. Princip měření dosahu bezpulsní metodou.

Přesnost těchto metod se zvyšuje s rostoucí frekvencí pulzů.

Fázová metoda měření rozsahu spočívá v tom, že zpoždění signálu je určeno fázovým posunem mezi signálem požadavku a signálu (obr. 9.6).

Rýže. 9.6. Metoda fázového rozsahu

Pozemní vysílač vysílá vibrace:

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

Kde A 1- amplituda,

w 0- kruhová frekvence,

j 0- úvodní fáze,

j 1 - fáze kmitání signálu.

Palubní zařízení přenáší signál u 1 a pozemní přijímač přijímá signál

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

Kde j A- fázový posun způsobený průchodem signálu v zařízení, stanovený výpočtem nebo experimentem.

Změna fáze kmitání signálu u 2 poměrně u 1 je určeno vztahem:

jD =j2-j1 =wotD =LpD/(To s),

odkud je rozsah?

Kde l 0- vlnová délka.

Při měření parametry úhlového pohybu Amplitudové a fázové metody se nejvíce používají v letecké radiotechnice.

Amplitudová metoda je založen na porovnání amplitud signálů na různých pozicích vysílací nebo přijímací antény. V tomto případě jsou možné dvě možnosti implementace goniometrických systémů: amplitudové zaměřovače a majáky. V prvním případě vysílací zařízení P se nachází na letadle a vyzařovací diagram pozemního přijímacího zařízení Atd periodicky zaujímá pozici I nebo II (obr. 9.7).

Rýže. 9.7. Amplitudová metoda měření úhlových parametrů

Pokud úhel A=0, pak bude úroveň signálu na obou pozicích vyzařovacího diagramu stejná. Li A¹0, pak se budou amplitudy signálů lišit az jejich rozdílu lze vypočítat úhlovou polohu letadla.

V případě, že informace o úhlové poloze musí být umístěna na palubě letadla, použijte amplitudový maják. K tomu je na zemi instalován vysílač a je snímán vyzařovací diagram pozemní antény, která periodicky obsazuje pozice I a II. Porovnáním amplitud signálů přijímaných palubním přijímačem se určí úhlová poloha letadla.

Fázová metoda na základě měření rozdílu vzdáleností od letadla ke dvěma referenčním bodům O 1 A O 2(obr. 9.8).

Rýže. 9.8. Fázová metoda určování úhlových parametrů

V tomto případě vzdálenost k objektu R 1 A R 2 určeno fázovým rozdílem DJ harmonické kmity vydávané zdrojem umístěným v bodech O 1 A O 2. Kosinus úhlu směru q definované:

Kde V- vzdálenost mezi body O 1 A O 2.

Příkladem komplexu externích měření trajektorie používaného v terénní praxi je systém „Track“ (obr. 9.10). Toto zařízení vyvinuté a vyrobené SKB měřicím zařízením NTIIM využívá princip souřadnic-goniometr-základní.

Skládá se ze dvou sledovacích televizních teodolitů 1, řídicího systému 2, jednotného systému synchronizace času 3, systému záznamu a zpracování informací 4. Systém „Track“ umožňuje získávat informace o souřadnicích, rychlosti, koeficientu odporu a také sledovat chování objektu na obrazovce monitoru.

Rýže. 9.10. Systém externích měření trajektorie „Track“:

1-stopý televizní teodolit; 2-ovládací systém; 3-jednotkový systém synchronizace času; 4-systémy pro záznam a zpracování informací

Hlavní charakteristiky systému „Track“ jsou uvedeny níže:

Chyba při měření úhlových souřadnic při elevačním úhlu až 60 stupňů:

Statický - 15 arcsec

V dynamice - 30 arcsec,

Maximální parametry sledování objektu

Úhlová rychlost - 50 stupňů/s,

Úhlové zrychlení - 50 stupňů/s 2,

Frekvence záznamu úhlových souřadnic obrazů objektů je 25-50 snímků/s.

Nejdůležitějším úkolem externího balistického výzkumu je určit prostorové umístění těžiště letadla, které je jednoznačně určeno třemi prostorovými souřadnicemi. V tomto případě navigace používá koncepty povrchů a polohových čar.

Pod poziční plocha rozumět geometrické poloze bodů polohy letadla v prostoru, charakterizované konstantní hodnotou měřeného navigačního parametru (například elevační úhel, úhel azimutu, dosah atd.). Pod poziční čára, rozumět průniku dvou polohových ploch.

Polohu bodu v prostoru lze určit průsečíkem dvou polohových čar, tří polohových ploch a polohové linie s polohovou plochou.

Podle typu měřených parametrů se rozlišuje následujících pět metod pro určení polohy letadla: goniometr, dálkoměr, celkový a rozdílový dálkoměr a kombinované.

Goniometrická metoda je založeno na současném měření úhlů zaměřování letadla ze dvou různých bodů. Může být založen na optických i radiotechnických principech.

Na cinetheodolitovou metodou aplikační plocha při a=konst je svislá rovina a poloha povrchu b=konst- kruhový kužel s vrcholem v bodě O (obr. 9.11, a).

Rýže. 9.11. Určení souřadnic objektu metodou filmového teodolitu,

a) povrchová a polohová čára, b) schéma určení souřadnic

Jejich průsečík určuje linii polohy shodující se s tvořící přímkou ​​kužele. Pro určení polohy letadla je tedy nutné určit souřadnice průsečíku dvou polohových přímek Z 1 A Z 2(obr. 9.11, b), získané současně ze dvou měřicích bodů O 1 A O 2

V souladu s uvažovaným schématem jsou souřadnice letadla určeny podle vzorců:

Kde V- vzdálenost mezi měřicími body,

R- poloměr Země v dané oblasti.

Použitím dálkoměrná metoda souřadnice letadla jsou určeny průsečíkem tří kulových polohových ploch s poloměry rovnými dosahu D. V tomto případě však vzniká nejistota kvůli skutečnosti, že tři koule mají dva průsečíky, k jejichž odstranění používají další způsoby orientace.

Metoda rozdílu a celkového dálkoměru je založena na určení rozdílu nebo součtu vzdáleností od letadla ke dvěma měřicím bodům. V prvním případě je poziční plocha dvoulistý hyperboloid a pro určení souřadnic objektu je potřeba mít ještě jednu (vedoucí) stanici. Ve druhém případě má poziční plocha tvar elipsoidu.

Kombinovaná metoda Obvykle se používá v radarových systémech, kde je poloha letadla definována jako průsečík kulové polohové plochy s poloměrem rovným dosahu ( D=konst), poloha kuželové plochy ( b=konst) a svislou polohu povrchu ( a=konst).

Dopplerova metoda určení rychlosti a polohy letadla je založeno na účinku změny frekvence nosného signálu vysílaného vysílačem a vnímaného přijímacím zařízením v závislosti na rychlosti jejich relativního pohybu:

F d =¦ pr -¦ 0,

Kde F d- Dopplerova frekvence,

¦ pr - frekvence přijímaného signálu,

¦ 0 - frekvence vysílaného signálu.

Lze provést měření dopplerovské frekvence nevyžádaný nebo žádost metoda. Na nevyžádaný metoda, radiální rychlost letadla na vlnové délce signálu l 0, je definováno:

Vr = F d l 0,

na žádost metoda:

V r = F d l 0 /2.

Chcete-li určit rozsah, měli byste integrovat výsledky měření rychlosti letu za dobu, ze které se objekt pohybuje výchozí bod. Při výpočtu souřadnic se používají závislosti pro celkové systémy dálkoměrů.

Schémata pro určení parametrů letadla na základě Dopplerova jevu jsou znázorněna na obrázku 9.12.

Rýže. 9.12. Schéma pro určení souřadnic letadla pomocí Dopplerovy metody:

a) bez signálního relé, b) se signálním relé

Při provádění vnějších měření trajektorie pohybu malých letadel (kulky, dělostřelectvo a raketové granáty) se používají radiolokační stanice Dopplerova dosahu DS 104, DS 204, DS 304 výrobce NTIIM.

Rýže. 9.13. Dopplerovské radarové stanice

DS 104, DS 204, DS 304

Používají metodu dotazu a umožňují určit rychlosti na libovolné části trajektorie, aktuální souřadnice ve vertikální rovině, vypočítat zrychlení, Machova čísla, koeficient odporu, průměrné a střední odchylky počáteční rychlosti ve skupině záběrů.

Základní Specifikace Stanice DS 304 jsou následující:

Minimální ráže - 5 mm,

Rozsah rychlosti - 50 - 2000 m/s,

Dosah - 50000 m,

chyba měření rychlosti - 0,1 %,

Frekvence snímacího signálu - 10,5 GHz,

Úroveň výkonu generovaného signálu je 400 mW.

Radionavigační metody pro určování souřadnic, metoda dálkoměru, polohové čáry, chyba metody dálkoměru.

Navigace

pravoslaví

Poloha povrchu

Polohová čára

Metoda dálkoměru.

Tato metoda je založena na měření vzdálenosti D mezi body vyzařování a příjmu signálu dobou jeho šíření mezi těmito body.

V radionavigaci pracují dálkoměry s aktivním signálem odezvy vysílaným anténou vysílače transpondéru (obr. 7.2, a) při příjmu signálu požadavku.

Pokud je doba šíření požadavkových signálů t3 a odezvy t0 stejná a doba vytvoření signálu odezvy v transpondéru je zanedbatelná, pak je dosah měřený dotazovačem (rádiovým dálkoměrem) D = c(t3 + t0)/2. Odražený signál lze také použít jako odezvu, což se provádí při měření radarového dosahu nebo nadmořské výšky rádiovým výškoměrem.

Poloha povrchu systém dálkoměru je povrch koule s poloměrem D. Polohové čáry Na pevné rovině nebo kouli (například na povrchu Země) budou kruhy, proto se systémy dálkoměrů někdy nazývají kruhové. V tomto případě je poloha objektu určena jako průsečík dvou polohových čar. Vzhledem k tomu, že se kružnice protínají ve dvou bodech (obr. 7.2.6), vzniká nejednoznačnost reference, aby se vyloučilo, jaké další orientační prostředky jsou použity, jejichž přesnost může být nízká, ale dostatečná pro spolehlivou volbu jednoho ze dvou průsečíků. body. Vzhledem k tomu, že dobu zpoždění signálu lze měřit s malými chybami, umožňuje dálkoměr RNS najít souřadnice s vysokou přesností. Metody rádiového měření vzdálenosti se začaly používat později než metody goniometrické. První vzorky rádiových dálkoměrů na základě fázového měření časového zpoždění byly vyvinuty v SSSR pod vedením L. I. Mandelstama, N. D. Papaleksiho a E. Ya. Shchegoleva v letech 1935-1937. Metoda pulsního dosahu byla použita v pulzním radaru vyvinutém v letech 1936-1937. pod vedením Ju. B. Kobzareva.

Radionavigační metody pro určování souřadnic, metoda goniometr-dálkoměr, polohové čáry, chyba metody goniometr-dálkoměr.

Navigace- nauka o metodách a prostředcích, které zajišťují jízdu pohybujících se objektů z jednoho bodu v prostoru do druhého po trajektoriích, které jsou určeny povahou úkolu a podmínkami pro jeho realizaci.

pravoslaví- oblouk velké kružnice, jejíž rovina prochází středem zeměkoule a dvěma danými body na jejím povrchu.

V radionavigaci se při hledání polohy objektu zavádějí pojmy radionavigační parametr, povrchy a poziční linie.

Parametr rádiové navigace (RPP) je fyzikální veličina přímo měřená RNS (vzdálenost, rozdíl nebo součet vzdáleností, úhel).

Poloha povrchu vypočítat geometrické umístění bodů v prostoru, které mají stejnou hodnotu RNP.

Polohová čára je zde průsečík dvou polohových ploch. Umístění objektu je určeno průsečíkem tří polohových ploch nebo plochy a polohové přímky.

Metoda dálkoměru pro určování polohy a složek vektoru rychlosti objektů pomocí rádiových signálů z kosmických lodí družicových radionavigačních systémů může být použita v kosmické radionavigaci a geodézii. Podle této metody jsou rádiové signály satelitní navigace přijímány N-kanálovým přijímacím zařízením nainstalovaným na objektu, vzdálenosti od objektů ke každému satelitu jsou určeny měřením časových posunů kódových sekvencí generovaných satelitními generátory vzhledem k kódová sekvence generovaná generátory objektů, stejně jako složky vektoru rychlosti měřením přijatých Dopplerových frekvenčních posunů pomocí systémů sledování nosné. V tomto případě u N-kanálového přijímacího zařízení, z nichž jeden je hlavní a ostatní jsou podřízené kanály, je rozdíl v rozsahu určen mezi rozsahy naměřenými podřízenými přijímacími zařízeními a rozsahem naměřeným hlavním přijímačem, stejně jako rozdíly v rychlostech změny rozsahů jsou určeny mezi rychlostmi změn rozsahy vypočtenými z měření Dopplerova frekvenčního posunu vedlejších přijímačů a rozsahovou rychlostí změny vypočtenou z měření Dopplerova frekvenčního posunu hlavního přijímače, pak rozdíly v dvojnásobném rozsahu a rozdíly v rychlosti dvojnásobného rozsahu se určí vzájemným odečtením rozdílů v rozsahu a rozdílů v rychlosti změn od vzájemných rozsahů. Technický výsledek spočívá ve zvýšení přesnosti určení polohových souřadnic, které tvoří vektor rychlosti určovaného objektu pomocí navigačních signálů kosmické lodi SRNS; a používání rádiových signálů z pozemních vzdušných zdrojů rádiových emisí, jakož i používání rádiových emisí z kosmických lodí jiných systémů a simulátorů. 4 plat f-ly, 3 nemocní.

Vynález se týká oblasti kosmické radionavigace, geodézie a může být použit pro určení souřadnic polohy a složek vektoru rychlosti objektů. Je známá metoda Dopplerova rozdílového dálkoměru pro určování polohových souřadnic a složek vektoru rychlosti objektů z navigačních rádiových signálů kosmických lodí (SC) družicových radionavigačních systémů (SRNS), založená na měření rozdílů topocentrických vzdáleností mezi objekt a dvě polohy stejné navigační kosmické lodi (SV) v po sobě jdoucích okamžicích (P.S. Volosov, Yu.S. Dubenko a další. Lodní satelitní navigační systémy. Leningrad: Sudostroenie, 1976). Praktické provedení známá metoda jsou ruské SRNS „Cicada“ a americké SRNS „Transit“ – navigační systémy první generace. V něm integrace Dopplerova frekvenčního posunu rádiových signálů přijímaných v časovém intervalu T z navigační umělé družice Země (NES) umožňuje určit počet vlnových délek, které zapadají do rozdílu vzdáleností od fázového středu antény. přijímacího zařízení objektu do dvou poloh NES (dvě polohy fázového středu antény NES): kde ti a t2 jsou čas přenosu časových značek NIS; R 1 (t 1) a R 2 (t 2) - vzdálenosti mezi fázovými středy antén objektu a satelitu; c je rychlost světla; f p - frekvence přijímaného signálu; f o - frekvence referenčního signálu, f p = f a f a +fi io +f tr +f gr +f dr, kde
f a je frekvence signálu vysílaného satelitem;
f a - nestabilita frekvence vysílaného signálu;
f io, f tr - neznámé frekvenční posuny způsobené šířením signálu v ionosféře, troposféře;
f gr - neznámý frekvenční posun vlivem gravitačních sil;
f dr - neznámé frekvenční posuny způsobené jinými faktory,
f o = fa f+f o,
Kde
f o - známý konstantní frekvenční posun (frekvenční zkreslení);
f - nestabilita frekvence referenčního signálu. S ohledem na výše uvedené bude mít výraz formu

Z výrazu je zřejmé, že integrální Dopplerův frekvenční posun je určen dvěma členy. Prvním pojmem jsou chyby měření způsobené podmínkami šíření rádiových vln, gravitačním polem Země, nestabilitou vyzařovací frekvence referenčního oscilátoru a dalšími faktory. Budou vstupovat do navigační rovnice jako neznámé. Druhým členem je přímé měření změny rozsahu sklonu ve vlnových délkách referenční frekvence detekovaného objektu. Do chyby měření parametru radionavigace (RPP) je také zahrnuta sčítací chyba systému sledování nosné (CSR), která v uvažované navigační rovnici chybí. Sledovaná funkce času - frekvenční nosná má nenulové derivace vysokého řádu. V důsledku toho bude mít skutečný servoobvod s astatismem konečného řádu kromě náhodných chyb (šumů) dynamické chyby způsobené přítomností derivací vstupní akce vyššího řádu, než je řád systémového astatismu. Snížení náhodné chyby smyčky fázového závěsu (PLL) SSN vyžaduje použití více inerciální smyčky zpětná vazba(zúžení šířky pásma dolní propusti), ale zároveň se zvětšují dynamické chyby SSR a naopak. Vyjádření rozsahů pomocí souřadnic pravoúhlého geocentrického souřadnicového systému má navigační rovnice tvar
,
Kde
x 1, yi, z 1, x 2, y2, z 2 - souřadnice fázového středu satelitní antény v časech t2 resp. ti;
x 0 , y 0 , z 0 jsou neznámé souřadnice fázového středu antény určovaného objektu. Jak vidíte, tři měření rozdílů vzdálenosti ve čtyřech po sobě jdoucích pozicích satelitu na oběžné dráze umožňují určit souřadnice objektu x 0, y 0, z 0. Během procesu měření je nutné počkat, až se dostatečně změní dosah k satelitu. Metoda měření rozdílového dosahu ukazuje své výhody v takových vzdálenostech (základnách) mezi polohami satelitu na oběžné dráze, když jsou úměrné vzdálenostem mezi satelitem a určovaným objektem. V souladu s výše uvedeným jsou nevýhody známého způsobu
chyby způsobené SSR;
chyby způsobené nestabilitou frekvence záření družice a referenčního oscilátoru;
systematické a náhodné chyby;
nízká přesnost při určování polohových souřadnic a složek vektoru rychlosti objektů při použití družicových satelitů na středně vysokých a vysokých drahách. Známá je také metoda dálkoměru, která je převzata jako prototyp. Praktickou implementací této metody je SRNS druhé generace – ruský globální satelitní navigační systém (GLONASS) a americký globální polohový systém (GPS). Geometrickým ekvivalentem výsledného algoritmu tohoto způsobu řešení navigačního problému je konstrukce množiny polohových ploch vzhledem k použitým navigačním umělým družicím Země (NES), jejichž průsečíkem je požadovaná poloha objektu (Zapnuto - palubní družicová radionavigační zařízení. /Ed. V.S. Shebshaevich. M.: Transport, 1988). Pro vyřešení navigačního problému musí být minimální požadovaný objem funkčních závislostí roven počtu odhadovaných parametrů. Určení souřadnic polohy objektu spočívá v řešení soustavy rovnic

Kde
R 1, . . . , R 4 - výsledky měření sklonu vzdálenosti získané pomocí systému sledování zpoždění (DSS);
x, y, z - souřadnice objektu v geometrickém pravoúhlém souřadnicovém systému;
x 1 , y 1 , z 1 .... x 4 , y 4 , z 4 - souřadnice čtyř cestujících přenášené v navigační zprávě;
Rt je rozdíl mezi skutečným dosahem družicového objektu a měřeným v důsledku posunu v časovém měřítku objektu vzhledem k časovému měřítku družice;
R 1 ,..., R 4 - chyby měření způsobené atmosférou, ionosférou a dalšími faktory. Pro určení souřadnic polohy objektu je nutné, aby v zorném poli objektu byly současně čtyři satelity. Výsledkem řešení tohoto systému rovnic jsou čtyři známé: tři souřadnice polohy objektu (x, y, z) a korekce Rt na jeho časové měřítko (korekce na hodiny). Podobně se pomocí výsledků měření pomocí SSN určí tři složky vektoru rychlosti a korekce frekvence standardu frekvence objektu použitého pro generování časové škály:
,
Kde
- rychlosti změny rozsahů (radiální rychlosti), měřené pomocí SSN;
- složky vektoru rychlosti objektu;
- složky vektoru rychlosti čtyř satelitů;
- rozdíl mezi skutečnou rychlostí a naměřenou rychlostí v důsledku nesouladu mezi frekvencemi frekvenčních standardů satelitu a objektu;
- chyby měření způsobené podmínkami šíření rádiových vln a dalšími faktory. Měření vzdálenosti ve vybavení objektu se provádí měřením časového intervalu mezi časovými značkami kódu přijatého z družice a místním kódem objektu. Účinnost této metody je dána především chybou šumu při měření RNP, protože právě chyba šumu omezuje účinek kompenzace vysoce korelovaných chyb. Pro odhad chyby šumu se používá výraz (Palubní satelitní radionavigační zařízení. /Ed. V.S. Shebshaevich. M.: Transport, 1988)

Kde
2w - měření rozptylu šumu;
- trvání prvku kódu dálkoměru;
c/N 0 - poměr spektrální hustoty výkonu signálu k výkonu šumu na vstupu přijímače;
B CVD - jednosměrné CVD;
B IF - jednosměrná šířka pásma mezifrekvenčního diskriminátoru;
K 1 , K 2 jsou konstantní parametry závislé na zvoleném technickém řešení. Měření Dopplerova frekvenčního posunu je založeno na měření přírůstku rozsahu na nosné frekvenci pomocí CCH. Odhad přesnosti měření přírůstku dosahu je určen výrazem pro rozptyl fáze 2 f obvodu pro sledování nosné, který má tvar

Kde
- nosná vlnová délka;
B CCH je šířka pásma obvodu pro sledování nosné. Chyba šumu v přírůstcích měřícího rozsahu na nosné frekvenci je téměř o řád menší než chyba šumu při měření rozsahů pomocí kódů dálkoměru. Metoda dálkoměru neumožňuje například kvůli rozdílům v GLONASS a GPS SRNS je používat společně. Nevýhody známého způsobu, prototypu, tedy jsou
chyby sledovacího systému způsobené zpožděním od poměru signálu k šumu;
chyby systému sledování nosné z poměru signálu k šumu;
chyby způsobené podmínkami šíření rádiových vln v ionosféře, troposféře a dalšími faktory;
chyby způsobené posunem časového měřítka objektu vzhledem k časovým měřítkům družice v důsledku nestability frekvencí družicových generátorů a referenčního generátoru objektu;
nemožnost sdílení zdrojů rádiových emisí ze systémů pro různé účely. Pro eliminaci ionosférického zpoždění používají známé způsoby hardwarovou kompenzaci pomocí dvoufrekvenčních měření a kompenzaci pomocí korekcí vypočítaných z apriorních dat. Známá metoda (prototyp) je charakterizována následující sadou akcí na přijímané signály satelitní radionavigace:
příjem dvoufrekvenčních rádiových signálů N NIS N-kanálovým přijímacím zařízením;
určení vzdáleností od objektu ke každému satelitu měřením časových posunů kódových sekvencí generovaných satelitními generátory vzhledem ke kódové sekvenci generované objektovým generátorem;
měření přírůstků rozsahu měřením přírůstků nosné fáze;
určení souřadnic umístění objektu;
určení složek vektoru rychlosti objektu. Účelem vynálezu je zvýšit přesnost určování souřadnic polohy, složky vektoru rychlosti objektu se určují pomocí navigačních rádiových signálů kosmické lodi SRNS a pomocí rádiových signálů z pozemních vzdušných zdrojů rádiového vyzařování, jako např. stejně jako pomocí rádiových emisí z kosmických lodí jiných systémů a jejich simulátorů. Cíle je dosaženo tím, že podle navrhovaného způsobu je v N-kanálovém přijímacím zařízení, z nichž jeden je hlavní a ostatní podřízené kanály, rozdíl v rozsazích mezi rozsahy naměřenými přijímacími zařízeními podřízenými a podřízenými kanály. je určen rozsah měřený nadřízeným přijímacím zařízením, stejně jako určovací rozdíly v rychlostech změny rozsahů mezi rychlostmi změny rozsahů vypočtenými z měření Dopplerových frekvenčních posunů podřízených přijímacích zařízení a rychlostí změny rozsah vypočítaný z měření Dopplerova frekvenčního posunu hlavním přijímačem, pak se dvojnásobné rozdíly rozsahů a dvojnásobné rozdíly rychlostí změny rozsahů určí vzájemným odečtením mezi rozdíly rozsahů a rozdíly v rychlosti. o změně rozsahů. Další rozdíly navrhované metody jsou následující. Hostitelské a přijímací zařízení určují rozdíly v dosahu mezi objektem a dvěma polohami družice, určené intervalem měření měřením přírůstků nosné fáze s použitím frekvenčních ladicích systémů s fázovým závěsem pro sledování nosných rádiových signálů satelitní navigace. Stanovení rozdílů dvojitého dosahu se provádí mezi objektem a dvěma polohami satelitu definovanými intervalem měření měřením rozdílů Dopplerových frekvencí přijatých přijímači pomocí kvadraturních fázových detektorů, násobením jejich průměrných hodnot intervalem měření. Přijímač hlavního kanálu přijímá signály ze simulátoru satelitního signálu. Izolace signálů s Dopplerovými frekvencemi se provádí kvadraturou přijatých signálů a následným vrácením frekvencí na požadované frekvence pomocí frekvenčních děličů. Geometrický výklad navrhované metody je ilustrován na příkladu konstelace čtyř kosmických lodí GLONASS a jedné sondy GPS, Obr. 1. Navigační rádiový signál kosmické lodi GPS přijímaný přijímačem je hlavní signál a kanál pro příjem signálů z kosmické lodi GLONASS přijímačem je podřízený. V souladu s tím jsou navigační signály kosmické lodi GLONASS a přijímacího zařízení kosmické lodi otroky. V souladu s výše uvedeným

Kde
- rozdíl v naměřených vzdálenostech mezi každou podřízenou kosmickou lodí GLONASS – uživatelem a mezi vedoucím GPS – uživatelem pomocí kódů dálkoměru;
- dvojnásobné rozdíly rozsahu. Geometrický výklad určování souřadnic a složek vektoru rychlosti z rozdílů v přírůstcích vzdálenosti a dvojnásobných rozdílů v přírůstcích měřených pomocí přírůstků nosné fáze je ilustrován na příkladu dvou kosmických lodí: hlavní kosmické lodi a jedné vedlejší kosmické lodi GLONASS, Obr. 2. Body t 1 , t * , t 2 označují polohy satelitu na oběžné dráze, což jsou hranice načítání navigačních parametrů (rozměrový interval). Rozdíly v přírůstcích rozsahu budou zapsány následovně:

Dvojité rozdíly v přírůstcích rozsahu budou mít podobu

Rozdíly vzdáleností v hranatých závorkách soustavy rovnic (1) ukazují jejich výhody, jak bylo ukázáno výše při takových vzdálenostech (základnách) mezi polohami satelitu na oběžné dráze, když jsou úměrné vzdálenosti mezi satelitem a objektem. odhodlaný. V našem příkladu jsou základy nevýznamné. Pro splnění této podmínky je soustava rovnic (2) transformována na identickou soustavu rovnic, pro kterou je tato podmínka splněna:

Ze systému rozdílů vzdáleností pro oběžné dráhy družic se shodnými orbitálními parametry pro konstelaci 5 družic je tedy jeden GPS master, čtyři GLONASS jsou slave. Konečné soustavy rovnic pro dvojnásobné rozdíly v rozsahu (1) a pro dvojnásobné rozdíly v přírůstcích rozsahu (3), vyjádřené pomocí souřadnic v geometrickém pravoúhlém systému souřadnic, mají tvar
pro dvojnásobné rozdíly rozsahu
,
Pro dvojnásobné rozdíly v přírůstcích rozsahu
;
;
,
Kde
- souřadnice vedlejších satelitů, přenášené v navigačních zprávách v časech t 1, t 2, resp. Podobně pomocí výsledků měření pomocí SSN se určí složky vektoru rychlosti:
;
;
,
Kde
- složky vektoru rychlosti NIS přenášené v navigačních zprávách v časech t 1, t 2, resp. Analýzou systémů navigačních rovnic dvojitých rozdílů v dosahech (4), dvojitých rozdílů v přírůstcích vzdáleností (5) a rychlostí (6) pomocí hlavních, vedlejších satelitních rádiových signálů a odpovídajících přijímacích zařízení, kanálů, vidíme, že v rovnice jsou kompenzovány souřadnice vedoucího satelitu GPS a také kompenzovány chyby způsobené nesrovnalostmi mezi časovými měřítky a frekvencemi GPS, GLONASS vzhledem k časovému měřítku a frekvenci objektu. Pokud navigační rovnice známé metody obsahují chyby způsobené ionosférou a troposférou, pak rovnice navržené metody využívající rozdíly dvojitého dosahu obsahují jejich rozdíly. Aby byla zajištěna vysoká přesnost při řešení navigačního problému v důsledku geometrického faktoru určování polohy v prostoru, je poloha kosmické lodi v prostoru zvolena tak, aby jedna kosmická loď byla v zenitu (poskytuje vysokou přesnost při určování vertikální polohy), a zbývající kosmické lodě jsou v horizontální rovině ve směrech lišících se od sebe o 120 - 180 o (poskytující vysokou přesnost při určování horizontální polohy) v závislosti na počtu použitých kosmických lodí. Navržená metoda tak i přes např. závažné rozdíly v GLONASS a GPS, v metodách specifikace efemerid, v rozložení superrámců a struktur obslužných informačních rámců, v neidentitě použitých prostorových souřadnicových referenčních systémů a rozdíly v časových měřítcích vytvořené z různých frekvenčních norem a času, umožňují jejich společné použití, aniž by byly uvedeny do požadované shody, tzn. bez jakýchkoli organizačních věcných úprav a úprav matematické podpory systémů. Přijímáním radionavigačních signálů z kosmických lodí GLONASS a GPS paralelně nebo postupně, pomocí multiplexního nebo vícekanálového přijímacího zařízení, a také tím, že se kosmická loď GPS vezme jako hlavní v jedné sérii měření a kosmická loď GLONASS jako podřízená a naopak v jiné série, je možné určit souřadnice a složky vektorového objektu rychlosti jak v systému souřadnic a času GPS, tak v systému souřadnic a času GLONASS, aniž by byly uvedeny do souladu. Sdílení systémů zajistí určitou univerzálnost navigačních definic, spolehlivost a spolehlivé pozorování porovnáním výsledků definic pro různé systémy pro identifikaci případů nefunkčnosti jednoho ze systémů. Spolehlivost navigační podpory se týká schopnosti navigačního systému poskytnout objektu informace k určení jeho polohy v kterémkoli okamžiku s přesností zaručenou pro pracovní oblast. Spolehlivostí se rozumí schopnost navigačního systému detekovat odchylky ve své činnosti vedoucí ke zhoršení přesnosti určení souřadnic a složek vektoru rychlosti objektu nad stanovené přípustné hodnoty. Je-li systém navigačních rovnic dvojitých diferencí navrhované metody pomocí měření pomocí kódů dálkoměru (1) v podstatě soustavou rovnic rozdílů vzdáleností, pak soustava rovnic navigace dvojitých rozdílů přírůstků vzdáleností měřených pomocí přírůstků nosné fáze na interval měření (2) je systémová rovnice dvourozsahových rozdílů a také umožňuje vyřešit navigační problém - určit souřadnice polohy a složky vektoru rychlosti objektu. Protože, jak bylo ukázáno výše, přesnost měření dvojnásobných rozdílů ve fázových přírůstcích na nosných frekvencích je řádově vyšší než přesnost měření rozdílů v časových posunech kódových sekvencí, je přesnost řešení navigačního problému pomocí fázových přírůstků. také vyšší než přesnost řešení pomocí rozdílů vzdáleností. Aby se dále zlepšila přesnost řešení navigačního problému pomocí fázových přírůstků na nosných frekvencích odstraněním chyby způsobené SCH z měření, jsou dvojnásobné rozdíly v přírůstcích dosahu vytvářeny izolací z přijímaných signálů s frekvencemi rovnými rozdílům Dopplerových frekvencí pomocí kvadratury. fázové detektory, na jejichž prvních výstupech přijímají hlavní signál a druhé vstupy přijímají signály podřízených přijímacích zařízení, pak jsou rozdíly fázových přírůstků určeny vynásobením průměrných hodnot rozdílů Dopplerových frekvencí naměřeným intervalem a určení dvoufázových přírůstkových rozdílů jejich vzájemným odečtením. Výše uvedenému odpovídá hardwarová implementace, jejíž blokové schéma je na Obr. 3. Izolace signálů s Dopplerovými frekvencemi při příjmu fázově modulovaných signálů s potlačenými nosnými se provádí jejich kvadraturou a filtrací s následným vrácením frekvencí na požadované frekvence pomocí frekvenčních děličů. Signály z výstupů konvolučních zařízení, které jsou přiváděny do PLL systémů přijímacích zařízení na Obr. 3, v režimu synchronizace zpoždění jsou kódy dálkoměru výrazně úzkopásmové signály - rekonstruované nosné modulované digitální informací. Rozsahy změn nosných hodnot jsou určeny především Dopplerovým posunem (50 kHz při frekvencích GPS, GLONASS) a šířka spektra signálu je určena spektrem digitální informace (100 Hz). PLL signály mohou sledovat signály odpovídající pouze jednomu ze dvou postranních pásem, a proto mají energetickou ztrátu 3 dB. Proto zapojení zařízení pro extrakci z přijímaných navigačních signálů rovných rozdílům Dopplerových frekvencí navrhované metody na Obr. 3, s výjimkou druhých postranních pásem, nezavádí dodatečné energetické ztráty. Přijaté a převedené rádiové signály družicové navigace přicházející na kvadraturní fázové detektory již nesou frekvenční posuny v důsledku nestability generátorů kosmické lodi, objektu v důsledku podmínek šíření rádiových vln (ionosféra, troposféra), posuny v důsledku přijímacích drah a dalších faktorů. Proto se v procesu izolace kmitů s frekvencemi rovnými Dopplerovým frekvenčním rozdílům navrhované metody uvedené frekvenční odchylky částečně vzájemně kompenzují. A i při trojnásobných rozdílech bude jejich příspěvek k přesnosti navigačních určení zanedbatelný. Při použití fázových přírůstků k vyřešení navigačního problému, vlivu fázových přírůstků na přesnost v důsledku ionosféry, se troposféry pro extrémní body intervalu měření liší jen málo a jsou prakticky eliminovány, když se vytvoří sekundové rozdíly. Zvláštním charakteristickým rysem navrhované metody je, že při měření rozdílů fázových přírůstků pomocí oscilací rovných rozdílům v Dopplerových frekvencích lze jako vedoucí signál použít signál jakéhokoli zdroje záření: pozemního, vzdušného nebo záření z kosmické lodi. jiných systémů. Hlavním požadavkem na přijímací zařízení detekovaného objektu je v tomto případě schopnost přijímat signál a převádět jej tak, aby zajistil činnost bloku kvadraturních fázových detektorů. Navíc není nutné znát souřadnice zdrojů záření, jejich časové systémy, frekvenční nestability a frekvenční přírůstky v důsledku šíření rádiových vln. Jsou kompenzovány během navigačních měření. Nejoptimálnější možností pro hardwarovou implementaci navrhované metody je varianta, kdy jsou nosné signály modulované dálkoměrnými kódy simulátorů použity jako vedoucí signál přijímacího zařízení objektu. Simulátory umožňují optimalizovat rychlost změny frekvencí specificky pro každý typ navigačních systémů a tím zajistit jejich optimální provoz z hlediska získání potenciální přesnosti určení souřadnic polohy a složek vektoru rychlosti objektu. Charakteristické rysy navrhované metody:
příjem navigačních rádiových signálů z N satelitů N-kanálovým přijímacím zařízením, jejichž jeden z kanálů je hlavní a ostatní jsou podřízené;
určení rozdílů přírůstků vzdálenosti a rozdílů vzdáleností odečtením od naměřených přírůstků nosné fáze a časových posunů kódové sekvence podřízenými přijímacími zařízeními přírůstků nosné fáze a časového posunu kódové sekvence naměřených hlavním přijímacím zařízením;
stanovení dvojnásobných rozdílů v rozmezí přírůstků rozsahů a rozsahů vzájemným odečtením rozdílů v dvojnásobných rozdílech přírůstků nosné fáze a rozdílů v časových posunech kódových sekvencí v sekvenci určené geometrickým faktorem pro určení polohy v prostoru;
použití rozdílů ve dvojnásobných rozdílech v přírůstcích nosné fáze k určení souřadnic a složek vektoru rychlosti objektu;
měření dvojnásobných rozdílů v přírůstcích dosahu izolováním signálů s frekvencemi rovnými rozdílům v Dopplerových frekvencích přijímaných nadřízeným a každým podřízeným kanálem přijímacího zařízení pomocí kvadraturních fázových detektorů, jejichž první vstupy přijímají signály z hlavního kanálu, a druhý vstupy přijímají signály od podřízených jednotek a násobí je průměrnými hodnotami na měřicí interval;
příjem rádiových signálů z pozemních, vzdušných zdrojů rádiových emisí a rádiových emisí z kosmických lodí jiných systémů předním kanálem přijímacího zařízení;
použití simulátorů vedoucími kanály přijímacího zařízení jako signálu;
izolování signálů s Dopplerovými frekvencemi při příjmu fázově modelovaných signálů s potlačenými nosnými jejich kvadratizací a filtrováním, následovaným vrácením frekvencí na požadované frekvence pomocí frekvenčních děličů. Navržený způsob určování polohových souřadnic a složek vektoru rychlosti objektů z rádiových signálů kosmické lodi SRNS má tedy novost, značné rozdíly a při použití přináší pozitivní efekt spočívající ve zvýšení přesnosti, spolehlivosti a spolehlivosti navigační určení satelitních a pozemních radionavigačních systémů.