RU2453995C1 - Method to receive radio signals from sources of radio radiations - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: invention relates to communications equipment, and more specifically - to methods to receive radio signals from radio radiation sources (RRS) located on objects, including mobile ones, with a surface six-point receiving system and may be used preferably for unambiguous measurement of space coordinates and other characteristics of RRS functionally related to their coordinates, in information control radio engineering systems of various purpose, also in navigation systems of aircrafts. At receiving stations moments of time are registered, when RRS radio signals are received, at the same time the phase centres of antennas are arranged in a certain manner. Space coordinates are determined by means of indirect measurement using the proposed simple expressions depending on measured differences between times of radio signals reception at points. In the method the most accurate RRS coordinates are selected in each point of space, which makes it possible to receive an exposure area close to a circular one from its realising systems and considerably increases the volume of this area.

EFFECT: higher accuracy of receiving radio signals from sources of radio radiations, in simultaneous service of several RRS.

4 dwg

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к технике связи, а конкретнее - к способам приема радиосигналов от источников радиоизлучений (ИРИ), находящихся на объектах, в том числе подвижных, наземной пунктовой приемной системой, и может быть использовано преимущественно в радионавигационных системах для измерения пространственных координат и других характеристик ИРИ, функционально связанных с их координатами, в информационно-управляющих радиотехнических системах различного назначения и передаче информации. Способ может быть применен при испытаниях на полигонах летательных аппаратов в качестве метода, обеспечивающего выбор оптимальных измерительных систем и их рационального размещения на испытательной трассе, формировании автоматизированного комплекса обработки принятых радиосигналов и разработке алгоритмического и программного обеспечения оценки характеристик испытываемых объектов.The invention relates to communication technology, and more particularly, to methods for receiving radio signals from sources of radio emissions (IRI) located at objects, including mobile ones, by a ground receiving station, and can be used primarily in radio navigation systems for measuring spatial coordinates and other characteristics of IRI functionally related to their coordinates in information and control radio systems for various purposes and information transfer. The method can be applied when testing at aircraft ranges as a method for selecting the optimal measuring systems and their rational placement on the test track, forming an automated complex for processing received radio signals and developing algorithmic and software for evaluating the characteristics of the tested objects.

Реализация способа позволит одновременно обслуживать несколько ИРИ, контролировать наземными средствами перемещение в пространстве ИРИ, эффективно использовать ресурс связи, упростить соответствующие системы, увеличить их технико-экономическую эффективность с учетом всех компонентов, влияющих на стоимость и технические показатели. Для решения этих задач в первую очередь необходимо однозначное и точное измерение пространственных координат ИРИ.The implementation of the method will simultaneously serve several IRIs, control ground-based movement in the IRI space, effectively use the communication resource, simplify the corresponding systems, increase their technical and economic efficiency, taking into account all components that affect cost and technical indicators. To solve these problems, first of all, an unambiguous and accurate measurement of the spatial coordinates of the IRI is necessary.

Известны способы приема радиосигналов, используемые, в том числе, в системах измерения координат ИРИ и основанные на применении угломерных, дальномерных, разностно и суммарно-дальномерных и комбинированных методов определения местоположения объекта - носителя ИРИ с амплитудными, временными, частотными, фазовыми и импульсно-фазовыми методами измерения параметров радиосигналов [Патенты РФ №№2018855, 2115137, 2258242, 2309420, 2363117; Основы испытаний летательных аппаратов / Е.И.Кринецкий и др. Под ред. Е.И.Кринецкого. - М.: Машиностр., 1979, с.64-89; Радиотехнические системы / Ю.М.Казаринов и др. Под ред. Ю.М.Казаринова. - М.: ИЦ «Академия», 2008, гл.10; Быстров Р.П. и др. Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов. Под ред. Р.П.Быстрова и А.В.Соколова. - М.: Радиотехника, 2008, гл.6; Мельников Ю.П., Попов С.В. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения. - М.: «Радиотехника», 2008, гл.5]. Известные способы имеют те или иные недостатки, например, необходимость механического перемещения антенной системы, недостаточную разрешающую способность по дальности, необходимость априорной информации о местоположении ИРИ, невозможность однозначного определения координат ИРИ, ненадежность и др.Known methods for receiving radio signals, used, inter alia, in systems for measuring the coordinates of IRI and based on the use of goniometric, rangefinder, difference and total rangefinder and combined methods for determining the location of an object - carrier of IRI with amplitude, time, frequency, phase and pulse-phase methods for measuring the parameters of radio signals [RF Patents No. 2018855, 2115137, 2258242, 2309420, 2363117; Fundamentals of Aircraft Testing / E.I. Krinetskiy et al. Ed. E.I.Krinetskogo. - M .: Mashinostr., 1979, p. 64-89; Radio engineering systems / Yu.M. Kazarinov et al. Ed. Yu.M. Kazarinova. - M .: IC "Academy", 2008, Ch. 10; Bystrov R.P. et al. Passive radar: methods for detecting objects. Ed. R.P. Bystrova and A.V. Sokolova. - M .: Radio engineering, 2008, chap. 6; Melnikov Yu.P., Popov S.V. Radio intelligence. Methods for assessing the effectiveness of the determination of radiation sources. - M .: "Radio Engineering", 2008, Ch. 5]. Known methods have certain disadvantages, for example, the need for mechanical movement of the antenna system, insufficient resolution in range, the need for a priori information about the location of the IRI, the inability to uniquely determine the coordinates of the IRI, unreliability, etc.

По критерию минимальной достаточности за прототип принят способ приема радиосигналов от источников радиоизлучений, находящихся на объектах, в том числе подвижных, и измерения информационных параметров, соответствующих радиосигналам и упомянутым объектам, наземной пунктовой приемной системой, фазовые центры приемных антенн каждого из приемных пунктов которой находятся в заданных точках в прямоугольной системе координат с началом координат в заданной точке 0, находящейся преимущественно на поверхности земли, с плоскостью (0, X, Y), касательной к поверхности земли в точке 0, и осью 0Z, направленной от земли, при котором, принимая синхронизировано радиосигналы от источника радиоизлучения и регистрируя моменты приема радиосигналов, например, по временным положениям их передних фронтов, измеряют разности времен между временами приемов радиосигналов на разных пунктах приемной системы [Патент РФ №2204145, 10.05.2003].According to the criterion of minimum sufficiency, the prototype adopted a method of receiving radio signals from radio sources located at objects, including mobile ones, and measuring information parameters corresponding to radio signals and the aforementioned objects, a ground receiving station, the phase centers of the receiving antennas of each of the receiving points located in given points in a rectangular coordinate system with the origin at a givenpoint 0, located mainly on the surface of the earth, with a plane (0, X, Y), linear to the earth’s surface atpoint 0, and the 0Z axis directed away from the earth, at which, by receiving the radio signals from the radio source and synchronizing the reception times of the radio signals, for example, from the temporary positions of their leading edges, the time differences between the times of receiving radio signals at different points are measured receiving system [RF Patent No. 2204145, 05/10/2003].

Преимуществом заявляемого способа приема радиосигналов от ИРИ, находящихся на объектах, наземной пунктовой приемной системой по сравнению с известными и прототипом является возможность повышения технико-экономической эффективности радиотехнических систем измерения пространственных координат и других характеристик объектов, функционально связанных с координатами. Это достигается тем, что на шести пунктах приема регистрируют моменты времени приема радиосигналов, передаваемых ИРИ. При этом фазовые центры антенн располагают определенным образом. Пространственные координаты определяют посредством косвенного измерения с использованием простых выражений, зависящих от измеренных разностей между временами приемов радиосигналов на пунктах. Более высокая точность достигается, в том числе, за счет возможности выбора из трех предлагаемых вариантов измерения координат ИРИ в каждой точке пространства наилучшего по точности. Это позволяет получить, в том числе, близкую к круговой зону действия реализующих его систем и существенно увеличивает объем этой зоны. Также способ исключает неоднозначность измерения координат и позволяет контролировать наземными средствами перемещение в пространстве источников радиоизлучений.The advantage of the proposed method for receiving radio signals from the IRI located at the facilities, ground receiving station in comparison with the known and prototype is the ability to improve the technical and economic efficiency of radio systems for measuring spatial coordinates and other characteristics of objects functionally related to the coordinates. This is achieved by the fact that at six points of reception, moments of time of reception of radio signals transmitted by the IRI are recorded. In this case, the phase centers of the antennas are positioned in a certain way. The spatial coordinates are determined by indirect measurement using simple expressions depending on the measured differences between the times of receiving radio signals at points. Higher accuracy is achieved, including due to the possibility of choosing from the three proposed options for measuring the coordinates of the IRI at each point in space the best in accuracy. This allows you to get, including close to the circular zone of action of the systems that implement it and significantly increases the volume of this zone. Also, the method eliminates the ambiguity of measuring coordinates and allows you to control ground-based movement in the space of radio sources.

Для достижения указанного технического результата в способе приема радиосигналов от источников радиоизлучений, находящихся на объектах, в том числе подвижных, и измерения информационных параметров, соответствующих радиосигналам и упомянутым объектам, наземной пунктовой приемной системой, фазовые центры приемных антенн каждого из приемных пунктов которой находятся в заданных точках в прямоугольной системе координат с началом координат в заданной точке 0, находящейся преимущественно на поверхности земли, с плоскостью (0, X, Y), касательной к поверхности земли в точке 0, и осью 0Z, направленной от земли, при котором, принимая синхронизировано радиосигналы от источника радиоизлучения и регистрируя моменты приема радиосигналов, например, по временным положениям их передних фронтов, измеряют разности времен между временами приемов радиосигналов на разных пунктах приемной системы, в соответствии с настоящим изобретением наземная пунктовая приемная система выполнена с шестью пунктами приема, упорядоченными заданным образом, причем в первой группе из трех пунктов приема преимущественно ненаправленными приемными антеннами, фазовые центры которых расположены на одинаковой заданной высоте Z=h₁ в вершинах равностороннего треугольника с координатами на плоскости (0, X, Y), равными X₁=0, Y₁=2b;

, Y₂=-b;

, Y₃=-b, и во второй группе из трех пунктов приема преимущественно ненаправленными приемными антеннами, фазовые центры которых расположены на одинаковой заданной высоте Z=h₂ в вершинах равностороннего треугольника с координатами на плоскости (0, X, Y), равными Х₄=0, Y₄=-2a;

, Y₅=a;

, Y₆=a, гдеа и b - заданные положительные числа, принимают радиосигналы от источника радиоизлучения, выделяют принятые и неотраженные от поверхности земли радиосигналы, например, экранируя радиосигналы, отраженные от земли, производят преимущественно три группы измерений разностей Δt_i,j между временами приемов радиосигналов на j-х пунктах и временами приемов радиосигналов на j-х пунктах приемной системы, причем в первой группе измерений упомянутые измерения производят для i-х пунктов с индексами 2, 3, 4, 5, 6 относительно первого пункта с индексом j=1, во второй группе измерений упомянутые измерения производят для i-тых пунктов с индексами 1, 3, 4, 5, 6 относительно второго пункта с индексом j=2, в третьей группе измерений упомянутые измерения производят для i-х пунктов с индексами 1, 2, 4, 5, 6 относительно третьего пункта с индексом j=3, по совокупности измеренных указанных разностей времен Δt_i,j через параметрыIn order to achieve the indicated technical result in the method of receiving radio signals from radio sources located at objects, including mobile ones, and measuring information parameters corresponding to radio signals and said objects, a ground receiving station, the phase centers of the receiving antennas of each of the receiving points are located at predetermined points in a rectangular coordinate system with the origin at a givenpoint 0, located mainly on the surface of the earth, with a plane (0, X, Y), tangent d to the earth’s surface atpoint 0, and the 0Z axis directed away from the earth, at which, by receiving the radio signals from the radio source and synchronizing the reception times of the radio signals, for example, by the temporal positions of their leading edges, the time differences between the times of receiving radio signals at different points are measured the receiving system, in accordance with the present invention, the ground-based receiving station is made up of six receiving points ordered in a predetermined manner, and in the first group of three receiving points, essentially undirected receiving antennas whose phase centers are located at the same given height Z = h₁ at the vertices of an equilateral triangle with coordinates on the plane (0, X, Y) equal to X₁ = 0, Y₁ = 2b;

Y₂ = -b;

, Y₃ = -b, and in the second group of three points of reception, mainly omnidirectional receiving antennas whose phase centers are located at the same given height Z = h₂ at the vertices of an equilateral triangle with coordinates on the plane (0, X, Y) equal to X₄ = 0, Y₄ = -2a;

, Y₅ = a;

, Y₆ = a, wherea and b are given positive numbers, receive radio signals from a radio source, emit radio signals received and not reflected from the surface of the earth, for example, by shielding radio signals reflected from the earth, mainly three groups of differences Δt_{i, j} between the times of receiving radio signals at j-points and the times of receiving radio signals at j-points of the receiving system, and in the first group of measurements, said measurements are made for i-points with indices 2, 3, 4, 5, 6 relative to the first point with index m j = 1, in the second group of measurements, the measurements are performed for the i-th points with indices 1, 3, 4, 5, 6 relative to the second point with the index j = 2, in the third group of measurements, the measurements are taken for the i-points with indices 1, 2, 4, 5, 6 relative to the third point with index j = 3, from the totality of the measured indicated time differences Δt_{i, j} through the parameters

l₁=d_6,1, w₁=d_5,1, u₁=d_3,1, p₁=d_2,1, s₁=d_4,1;l₁ = d_6.1 , w₁ = d_5.1 , u₁ = d_3.1 , p₁ = d_2.1 , s₁ = d_4.1 ;

l₂=d_5,2, w₂=d_4,2, u=d_1,2, p₂=d_3,2, s₂=d_6,2;l₂ = d_5.2 , w₂ = d_4.2 , u = d_1.2 , p₂ = d_3.2 , s₂ = d_6.2 ;

l₃=d_4,3, w₃=d_6,3, u₃=d_2,3, p₃=d_1,3, s₃=d_5,3,l₃ = d_4.3 , w₃ = d_6.3 , u₃ = d_2.3 , p₃ = d_1.3 , s₃ = d_5.3 ,

где d_i,j=сΔt_i,j, с - скорость распространения радиосигнала, для каждой упомянутой j-й группы измеряют параметрыwhere d_{i, j} = сΔt_{i, j} , с is the propagation speed of the radio signal, for each of the jth groups mentioned, the parameters are measured

;

,

;

,

по совокупностям параметров l_j, w_j, u_j, p_j и М_j, N_j измеряют параметрыthe parameters l_j , w_j , u_j , p_j and M_j , N_j measure the parameters

A_j=(2l_jM_j-N_j)²/b², B_j=(2w_jM_j-N_j)²/b²,A_j = (2l_j M_j -N_j )² / b² , B_j = (2w_j M_j -N_j )² / b² ,

C_j=(2u_jM_j-N_j)²/a², D_j=(2p_jM_j-N_j)²/a²C_j = (2u_j M_j -N_j )² / a² , D_j = (2p_j M_j -N_j )² / a²

и по М_j и совокупности параметров А_j, В_j, С_j, D_j для каждой упомянутой j-той группы преимущественно измеряют параметр

, по измеренным К_j идентифицируют группу измерений и соответствующий ей индекс j=j_m, для которой параметр К_j минимальный, и для найденного таким образом значения индекса j=j_m и через параметры M_j и N_j измеряют дальность от приемного пункта с индексом j=j_m, до объекта dt_jm=-0.5N_jm/М_jm и по dt_jm и совокупностям параметров l_jm, w_jm, s_jm измеряют параметрыand according to M_j and the combination of parameters A_j , B_j , C_j , D_j for each of the j-th groups mentioned, the parameter is mainly measured

, the measured group K_j identifies the group of measurements and the corresponding index j = j_m for which the parameter K_{j is} minimal, and for the index value j = j_m found in this way and through the parameters M_j and N_j measure the distance from the receiving center with the index j = j_m , to the object dt_jm = -0.5N_jm / M_jm and dt_jm and sets of parameters l_jm , w_jm , s_jm measure the parameters

,

,

и через них измеряют преимущественно пространственные координаты объекта (X₀, Y₀, Z₀)and through them mainly the spatial coordinates of the object are measured (X₀ , Y₀ , Z₀ )

X₀=x_jmα_jm+y_jmβ_jm, Y₀=-x_jmβ_jm+y_jmα_jm,X₀ = x_jm α_jm + y_jm β_jm , Y₀ = -x_jm β_jm + y_jm α_jm ,

,

,

где α₁=1, β₁=0; α₂=-1/2,

; α₃=-1/2,

,where α₁ = 1, β₁ = 0; α₂ = -1 / 2,

; α₃ = -1 / 2,

,

указанные действия в упомянутом порядке повторяют при каждом приеме радиосигналов.these actions in the above order are repeated at each reception of radio signals.

В существующем уровне техники не выявлено источников информации, которые содержали бы сведения о способах того же назначения с указанной совокупностью отличительных признаков, что позволяет считать заявляемый способ новым и имеющим изобретательский уровень. Ниже изобретение описано более детально.In the current level of technology, no sources of information have been identified that would contain information about methods of the same purpose with the specified set of distinctive features, which allows us to consider the claimed method as new and having an inventive step. The invention is described in more detail below.

Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.

Источники радиоизлучений, находящиеся на объектах, в том числе подвижных, посылают радиосигналы. Их принимает наземная приемная система, фазовые центры приемных антенн каждого из приемных пунктов которой находятся в заданных точках в прямоугольной системе координат с началом координат в заданной точке 0, находящейся преимущественно на поверхности земли, с плоскостью (0, X, Y), касательной к поверхности земли в точке 0, и осью 0Z, направленной от земли. На приемных пунктах, принимая синхронизировано радиосигналы от источника радиоизлучения и регистрируя моменты приема радиосигналов, например, по временным положениям их передних фронтов, измеряют разности времен между временами приемов радиосигналов на разных пунктах приемной системы.Radio sources located at objects, including mobile ones, send radio signals. They are received by the ground-based receiving system, the phase centers of the receiving antennas of each of the receiving points of which are located at predetermined points in a rectangular coordinate system with the origin at a givenpoint 0, located mainly on the surface of the earth, with a plane (0, X, Y) tangent to the surface land atpoint 0, and the 0Z axis directed away from the ground. At receiving points, receiving synchronized radio signals from a source of radio emission and recording the moments of receiving radio signals, for example, by the temporary positions of their leading edges, measure the time difference between the times of receiving radio signals at different points of the receiving system.

Технический результат, заключающийся в повышении технико-экономической эффективности радионавигационных систем измерения пространственных координат и других характеристик ИРИ, функционально связанных с его координатами, достигается за счет того, что наземная пунктовая передающая система выполнена с шестью пунктами передачи, упорядоченными заданным образом. При этом в первой группе из трех пунктов передачи передают радиосигналы преимущественно ненаправленными передающими антеннами, фазовые центры которых расположены на одинаковой заданной высоте Z=h₁, в вершинах равностороннего треугольника с координатами на плоскости (0, X, У), равными X₁=0, Y₁=2b;

, Y₂=-b;

, Y₃=-b. Во второй группе из трех пунктов передачи радиосигналы передают преимущественно ненаправленными передающими антеннами, фазовые центры которых расположены на одинаковой заданной высоте Z=h₂ в вершинах равностороннего треугольника с координатами на плоскости (0, X, Y), равными Х₄=0, Y₄=-2α;

Y₅=a;

Y₆=a Здесьа и b - заданные положительные числа. При приеме радиосигналов от источника радиоизлучения выделяют принятые и неотраженные от поверхности земли радиосигналы, например, экранируя радиосигналы, отраженные от земли. В способе производят преимущественно три группы измерений разностей Δt_i,j между временами приемов радиосигналов на i-х пунктах и временами приемов радиосигналов на j-х пунктах приемной системы. При этом в первой группе измерений упомянутые измерения производят для i-х пунктов с индексами 2, 3, 4, 5, 6 относительно первого пункта с индексом j=1. Во второй группе измерений упомянутые измерения производят для i-х пунктов с индексами 1, 3, 4, 5, 6 относительно второго пункта с индексом j=2. В третьей группе измерений упомянутые измерения производят для i-х пунктов с индексами 1, 2, 4, 5, 6 относительно третьего пункта с индексом j=3.The technical result, which consists in increasing the technical and economic efficiency of radio navigation systems for measuring spatial coordinates and other characteristics of the IRI, functionally related to its coordinates, is achieved due to the fact that the ground-based point-to-point transmitting system is made with six transmission points ordered in a predetermined manner. Moreover, in the first group of three transmission points, radio signals are transmitted mainly by omnidirectional transmitting antennas, the phase centers of which are located at the same given height Z = h₁ , at the vertices of an equilateral triangle with coordinates on the plane (0, X, Y) equal to X₁ = 0 , Y₁ = 2b;

Y₂ = -b;

, Y₃ = -b. In the second group of three transmission points, the radio signals are transmitted mainly by omnidirectional transmitting antennas whose phase centers are located at the same given height Z = h₂ at the vertices of an equilateral triangle with coordinates on the plane (0, X, Y) equal to X₄ = 0, Y₄ = -2α;

Y₅ = a;

Y₆ = a Herea and b are given positive numbers. When receiving radio signals from a source of radio emission, radio signals received and not reflected from the surface of the earth are emitted, for example, by shielding radio signals reflected from the earth. The method mainly produces three groups of measurements of the differences Δt_{i, j} between the times of receiving radio signals at i-points and the times of receiving radio signals at j-points of a receiving system. Moreover, in the first group of measurements, the above measurements are made for i points with indices 2, 3, 4, 5, 6 relative to the first point with index j = 1. In the second group of measurements, the above measurements are made for i points with indices 1, 3, 4, 5, 6 relative to the second point with index j = 2. In the third group of measurements, the above measurements are made for i points with indices 1, 2, 4, 5, 6 relative to the third point with index j = 3.

По совокупности измеренных указанных разностей времен Δt_i,j через параметрыAccording to the totality of the measured indicated time differences Δt_{i, j} through the parameters

l₁=d_6,1, w₁=d_5,1, u₁=d_3,1, p₁=d_2,1, s₁=d_4,1;l₁ = d_6.1 , w₁ = d_5.1 , u₁ = d_3.1 , p₁ = d_2.1 , s₁ = d_4.1 ;

l₂=d_5,2, w₂=d_4,2, u=d_1,2, p₂=d_3,2, s₂=d_6,2;l₂ = d_5.2 , w₂ = d_4.2 , u = d_1.2 , p₂ = d_3.2 , s₂ = d_6.2 ;

l₃=d_4,3, w₃=d_6,3, u₃=d_2,3, p₃=d_1,3, s₃=d_5,3,l₃ = d_4.3 , w₃ = d_6.3 , u₃ = d_2.3 , p₃ = d_1.3 , s₃ = d_5.3 ,

где d_i,j=cΔt_i,j, с - скорость распространения радиосигнала, для каждой упомянутой j-ой группы измеряют параметрыwhere d_{i, j} = cΔt_{i, j} , s is the propagation speed of the radio signal, for each of the j-th group mentioned, the parameters are measured

;

.

;

.

По совокупностям параметров l_j, w_j, u_j, p_j и M_j, N_j измеряют параметрыThe parameter sets l_j , w_j , u_j , p_j and M_j , N_j measure the parameters

A_j=(2l_jM_j-N_j)²/b², B_j=(2w_jM_j-N_j)²/b²,A_j = (2l_j M_j -N_j )² / b² , B_j = (2w_j M_j -N_j )² / b² ,

C_j=(2u_jM_j-N_j)²/a², D_j=(2p_jM_j-N_j)²/a².C_j = (2u_j M_j -N_j )² / a² , D_j = (2p_j M_j -N_j )² / a² .

По М_j и совокупности параметров А_j, В_j, С_j, D_j для каждой упомянутой j-ой группы преимущественно измеряют параметр

. По измеренным К_j идентифицируют группу измерений и соответствующий ей индекс j=j_m, для которой параметр К_j минимальный. В этом случае достигается более высокая точность за счет возможности выбора из трех предлагаемых вариантов измерения пространственных координат ИРИ, производимых в каждой точке пространства, наилучшего по точности. Для найденного таким образом значения индекса j=j_m и через параметры М_j и N_j измеряют дальность от приемного пункта с индексом j=j_m до объекта dt_jm=-0.5N_jm/М_jm. Далее по dt_jm и совокупностям параметров l_jm, w_jm, s_jm измеряют параметрыFor M_j and the combination of parameters A_j , B_j , C_j , D_j for each of the j-th groups mentioned, the parameter is mainly measured

. The measured K_j identify the group of measurements and the corresponding index j = j_m for which the parameter K_{j is} minimal. In this case, higher accuracy is achieved due to the possibility of choosing from the three proposed options for measuring the spatial coordinates of the IRI produced at each point in space, the best accuracy. For the index value j = j_m found in this way and using the parameters M_j and N_j, the distance from the receiving center with the index j = j_m to the object dt_jm = -0.5N_jm / M_{jm is} measured. Further, dt_jm and parameter sets l_jm , w_jm , s_jm measure the parameters

и через них измеряют преимущественно пространственные координаты объекта - источника радиоизлучения (X₀, Y₀, Z₀)and through them measure mainly the spatial coordinates of the object - the source of radio emission (X₀ , Y₀ , Z₀ )

X₀=x_jmα_jm+y_jmβ_jm, Y₀=-x_jmβ_jm+y_jmα_jm,X₀ = x_jm α_jm + y_jm β_jm , Y₀ = -x_jm β_jm + y_jm α_jm ,

где α₁=1, β₁=0; α₂=-1/2,

; α₃=-1/2,

where α₁ = 1, β₁ = 0; α₂ = -1 / 2,

; α₃ = -1 / 2,

Указанные действия в упомянутом порядке повторяют при каждом приеме радиосигналов. Полученная информация, в том числе, может быть отображена с использованием цифровых карт местности и геоинформационных технологий.The indicated actions are repeated in the order mentioned at each reception of radio signals. The information received, including, can be displayed using digital maps of the area and geographic information technologies.

Можно уменьшить влияние на точность измерения координат случайных погрешностей измерений Δt_i,j, например, посредством многократного (N раз) повторения измерений, т.к. среднеквадратическая ошибка среднего значения в

раз меньше среднеквадратической ошибки отдельного измерения. Систематические ошибки могут быть исключены путем калибровки.You can reduce the impact on the measurement accuracy of the coordinates of random measurement errors Δt_{i, j} , for example, by repeatedly (N times) repeating the measurements, because standard error of the mean in

times less than the standard error of a single measurement. Systematic errors can be eliminated by calibration.

Способ позволяет варьировать конфигурацию зоны действия радионавигационной системы и формировать ее в зависимости от поставленной задачи. Можно получать, в том числе, центрально-симметричные зоны, близкие к круговым, с погрешностью в зоне, не превышающей погрешности измерения координат на границе зоны. Способ обладает достаточным быстродействием измерения координат и параметров ИРИ при сохранении заданной точности и может быть реализован с помощью современной элементной базы и микропроцессорной техники.The method allows you to vary the configuration of the coverage area of the radio navigation system and form it depending on the task. It is possible to obtain, including centrally symmetric zones, close to circular, with an error in the zone not exceeding the error of coordinate measurement at the zone boundary. The method has sufficient speed measuring coordinates and parameters of the IRI while maintaining a given accuracy and can be implemented using modern element base and microprocessor technology.

Проиллюстрируем возможности заявляемого способа на примерах математического моделирования измерения пространственных координат. Зададим для всех примеров одинаковые среднеквадратические ошибки σ отдельных измерений d_i,j, равные 0.6 м, высоты фазовых центров первых трех антенн (1, 2, 3) h₁=1 м, высоты фазовых центров трех других антенн (4, 5, 6) h₂=3 м,а=10 км, b=10 км, z=10 км. На фигурах звездочками отмечено расположение первых трех пунктов, а треугольниками - вторых трех пунктов, цифрами 1…4 отмечены границы зон, внутри которых среднеквадратические ошибки измерения значений дальностей от приемного пункта с индексом j до объекта dt_j не превышают заданные (1-1 км, 2-0.5 км, 3-0.2 км, 4-0.05 км). На фиг.1 представлены результаты моделирования для j=1, на фиг.2 - для j=2, на фиг.3 - для j=3. Результаты моделирования для случая, когда в каждой точке пространства определяют индекс j=j_m, для которого К_j минимальное, и определение координат производят для параметров, соответствующих этому j_m, представлены на фиг.4. Такой подход позволяет получить близкую к круговой зону действия и существенно увеличить ее объем.We illustrate the capabilities of the proposed method on the examples of mathematical modeling of the measurement of spatial coordinates. For all examples, we set the same root-mean-square errors σ of individual measurements d_{i, j} equal to 0.6 m, the height of the phase centers of the first three antennas (1, 2, 3) h₁ = 1 m, the heights of the phase centers of three other antennas (4, 5, 6 ) h₂ = 3 m,a = 10 km, b = 10 km, z = 10 km. In the figures, asterisks indicate the location of the first three points, and triangles - the second three points, the numbers 1 ... 4 indicate the boundaries of the zones within which the standard errors of measuring the values of the distances from the receiving center with index j to the object dt_j do not exceed the specified (1-1 km, 2-0.5 km, 3-0.2 km, 4-0.05 km). Figure 1 presents the simulation results for j = 1, figure 2 - for j = 2, figure 3 - for j = 3. The simulation results for the case when at each point in space the index j = j_m is determined, for which K_{j is} minimal, and the coordinates are determined for the parameters corresponding to this j_m , are presented in Fig. 4. This approach allows you to get close to the circular coverage area and significantly increase its volume.

Перечислим основные достоинства способа:We list the main advantages of the method:

- обеспечивает однозначное измерение пространственных координат объекта с заданной точностью,- provides an unambiguous measurement of the spatial coordinates of the object with a given accuracy,

- измерение координат реализуется с помощью современной элементной базы и микропроцессорной техники,- coordinate measurement is implemented using modern elemental base and microprocessor technology,

- эффективнее использует ресурс связи,- uses the communication resource more efficiently,

- одновременно обслуживает несколько ИРИ,- simultaneously serves several IRI,

- позволяет получить, в том числе, близкую к круговой зону действия реализующих его систем измерения пространственных координат с заданной точностью и существенно увеличивает ее объем.- allows you to get, including close to the circular zone of action of the systems for measuring spatial coordinates implementing it with a given accuracy and significantly increases its volume.

Результативность и эффективность использования заявляемого способа приема радиосигналов от источника радиоизлучения, находящегося на объекте, в том числе подвижном, и его приема наземной шестипунктовой приемной системой состоит в том, что он может быть применен на практике для развития и совершенствования радионавигационных систем измерения координат ИРИ, а также в других приложениях. Способ позволяет измерять их однозначно простыми по сравнению с известными методами.The effectiveness and efficiency of using the proposed method for receiving radio signals from a radio source located at the facility, including mobile, and its reception by a six-point ground receiving system consists in the fact that it can be applied in practice for the development and improvement of radio navigation systems for measuring the coordinates of IRI, and also in other applications. The method allows to measure them unambiguously simple in comparison with known methods.

Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа обеспечивают появление новых свойств, не достигаемых в прототипе и аналогах. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию «новизны».Thus, the distinctive features of the proposed method provide the appearance of new properties not achieved in the prototype and analogues. The analysis made it possible to establish: analogues with a set of features identical to all the features of the claimed technical solution are absent, which indicates the conformity of the claimed method to the “novelty” condition.

Результаты поиска известных решений, в том числе, имеющих отношение к радиопеленгации, радионавигации, радиоуправлению и связи, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения действий на достижение указанного результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».The search results for known solutions, including those related to direction finding, radio navigation, radio control and communication, in order to identify signs that match the distinctive features of the prototype of the claimed method, showed that they do not follow explicitly from the prior art. Also, the popularity of the influence of the actions provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the specified result was not revealed. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "inventive step".

Claims (1)

Translated fromRussian

Способ приема радиосигналов от источников радиоизлучений, находящихся на объектах, в том числе подвижных, и измерения информационных параметров, соответствующих радиосигналам и упомянутым объектам, наземной пунктовой приемной системой, фазовые центры приемных антенн каждого из приемных пунктов которой находятся в заданных точках в прямоугольной системе координат с началом координат в заданной точке 0, находящейся преимущественно на поверхности земли, с плоскостью (0, X, Y), касательной к поверхности земли в точке 0, и осью 0Z, направленной от земли, при котором, принимая синхронизированно радиосигналы от источника радиоизлучения и регистрируя моменты приема радиосигналов, например, по временным положениям их передних фронтов, измеряют разности времен между временами приемов радиосигналов на разных пунктах приемной системы, отличающийся тем, что наземная пунктовая приемная система выполнена с шестью пунктами приема, упорядоченными заданным образом, причем в первой группе из трех пунктов приема преимущественно ненаправленными приемными антеннами, фазовые центры которых расположены на одинаковой заданной высоте Z=h₁, в вершинах равностороннего треугольника с координатами на плоскости (0, X, Y), равными X₁=0, Y₁=2b;

Y₂=-b;

Y₃=-b, и во второй группе из трех пунктов приема преимущественно ненаправленными приемными антеннами, фазовые центры которых расположены на одинаковой заданной высоте Z=h₂ в вершинах равностороннего треугольника с координатами на плоскости (0, X, Y), равными Х₄=0, Y₄=-2a;

Y₅=a;

Y₆=а, где a и b - заданные положительные числа, принимают радиосигналы от источника радиоизлучения, выделяют принятые и неотраженные от поверхности земли радиосигналы, например, экранируя радиосигналы, отраженные от земли, производят преимущественно три группы измерений разностей Δt_i,j между временами приемов радиосигналов на i-х пунктах и временами приемов радиосигналов на j-х пунктах приемной системы, причем в первой группе измерений упомянутые измерения производят для i-х пунктов с индексами 2, 3, 4, 5, 6 относительно первого пункта с индексом j=1, во второй группе измерений упомянутые измерения производят для i-х пунктов с индексами 1, 3, 4, 5, 6 относительно второго пункта с индексом j=2, в третьей группе измерений упомянутые измерения производят для i-х пунктов с индексами 1, 2, 4, 5, 6 относительно третьего пункта с индексом j=3, по совокупности измеренных указанных разностей времен Δt_i,j и определенных через них параметров d_i,j=сΔt_i,j, где с - скорость распространения радиосигнала, через параметры с размерностью длины l_j, w_j, u_j, p_j s_j, где у принимает значения 1, 2, 3, определяемые через указанные d_i,j в соответствии с выражениями l₁=d_6,1, w₁=d_5,1, u₁=d_3,1, p₁=d_2,1, s₁=d_4,1; l₂=d_5,2, w₂=d_4,2, u₂=d_1,2, p₂=d_3,2, s₂=d_6,2; l₃=d_4,3, u₃=d_6,3, u₃=d_2,3, p₃=d_1,3, s₃=d_5,3, для каждой упомянутой j-й группы измеряют безразмерные параметры М_j и параметры с размерностью длины N_j в соответствии с выражениями

по совокупностям параметров l_j, w_j, u_j, p_j и М_j, N_j измеряют безразмерные параметры A_j, B_j, С_j и D_j в соответствии с выражениями A_j=(2l_jM_j-N_j)²/b², B_j=(2w_jM_j-N_j)²/b², C_j=(2u_jM_j-N_j)²/a², D_j=(2p_jM_j-N_j)²/a², и по М_j и совокупности параметров A_j, B_j, C_j, D_j для каждой упомянутой j-й группы преимущественно измеряют безразмерный параметр

по К_j идентифицируют группу и соответствующий ей индекс j=j_m, для которой параметр К_j минимальный, для найденного таким образом значения индекса j=j_m и через параметры М_j и N_j измеряют дальность от приемного пункта с индексом j=j_m до объекта

и по

и совокупностям параметров

s_j измеряют параметры

и через них измеряют преимущественно пространственные координаты объекта (X₀,Y₀,Z₀)

где α₁=1, β₁=0; α₂=-1/2,

α₃=-1/2,

указанные действия в упомянутом порядке повторяют при каждом приеме радиосигналов.A method of receiving radio signals from radio sources located on objects, including mobile ones, and measuring information parameters corresponding to radio signals and the aforementioned objects, a ground receiving station, phase centers of the receiving antennas of each of the receiving stations which are located at predetermined points in a rectangular coordinate system with the origin at a given point 0, located mainly on the surface of the earth, with the plane (0, X, Y) tangent to the surface of the earth at point 0, and the axis 0Z directed tons of land, in which, by synchronously receiving radio signals from a radio source and registering the moments of receiving radio signals, for example, by the temporary positions of their leading edges, the time differences between the times of receiving radio signals at different points of the receiving system are measured, characterized in that the ground-based point receiving system is made with six points of reception, ordered in a predetermined manner, and in the first group of three points of reception, mainly omnidirectional receiving antennas, phase centers of which located at the same given height Z = h₁ , at the vertices of an equilateral triangle with coordinates on the plane (0, X, Y) equal to X₁ = 0, Y₁ = 2b;

Y₂ = -b;

Y₃ = -b, and in the second group of three points of reception, mainly omnidirectional receiving antennas whose phase centers are located at the same given height Z = h₂ at the vertices of an equilateral triangle with coordinates on the plane (0, X, Y) equal to X₄ = 0, Y₄ = -2a;

Y₅ = a;

Y₆ = a, where a and b are given positive numbers, receive radio signals from a radio source, emit radio signals received and not reflected from the surface of the earth, for example, by shielding radio signals reflected from the earth, mainly three groups of differences Δt_{i, j are} measured between times reception of radio signals at i-points and times of reception of radio signals at j-points of the receiving system, and in the first group of measurements, said measurements are made for i-points with indices 2, 3, 4, 5, 6 relative to the first item with index j = 1, in the second group of measurements, the measurements are performed for i-points with indices 1, 3, 4, 5, 6 relative to the second item with the index j = 2, in the third group of measurements, these measurements are made for i-points with indices 1, 2, 4, 5, 6 relative to the third paragraph with index j = 3, based on the totality of the measured indicated time differences Δt_{i, j} and the parameters d_i determined through them_{, j} = сΔt_{i, j} , where c is the propagation speed of the radio signal, through parameters with dimensions of length_{l j, w j, u j} , p j s j, where y takes the values 1, 2, 3, defined by specifying d_{i, j} in accordance with the expressions₁ l = d_6,1, w₁ = d_5,1, u₁ = d_3,1, p₁ = d_2,1, s₁ = d_4,1; l₂ = d_5.2 , w₂ = d_4.2 , u₂ = d_1.2 , p₂ = d_3.2 , s₂ = d_6.2 ; l₃ = d_4.3 , u₃ = d_6.3 , u₃ = d_2.3 , p₃ = d_1.3 , s₃ = d_5.3 , dimensionless parameters are measured for each jth group mentioned M_j and parameters with a dimension of length N_j in accordance with the expressions

from the combination of parameters l_j , w_j , u_j , p_j and M_j , N_j measure dimensionless parameters A_j , B_j , C_j and D_j in accordance with the expressions A_j = (2l_j M_j -N_j )² / b² , B_j = (2w_j M_j -N_j )² / b² , C_j = (2u_j M_j -N_j )² / a² , D_j = (2p_j M_j -N_j )² / a² , and for M_j and the combination of parameters A_j , B_j , C_j , D_j for each of the jth groups mentioned, the dimensionless parameter is mainly measured

K_j identifies the group and its corresponding index j = j_m , for which the parameter K_{j is} minimal, for the index j = j_m found in this way, and through the parameters M_j and N_j measure the distance from the receiving point with the index j = j_m to the object

and by

and sets of parameters

s_j measure parameters

and through them mainly the spatial coordinates of the object are measured (X₀ , Y₀ , Z₀ )

where α₁ = 1, β₁ = 0; α₂ = -1 / 2,

α₃ = -1 / 2,

these actions in the above order are repeated at each reception of radio signals.

Images