RU2075763C1 - Method of generation of navigation and flying information for aircraft and surface vessels - Google Patents

Abstract

FIELD: radiolocation, active systems of interrogator-transponder to control traffic of surface vessels and aircraft under complex meteorological conditions. SUBSTANCE: method carries out radar scan with usage of active system of interrogator-transponder with transmission of part of navigation and flying information over this channel. Transponder receives interrogation signal with the help of antennas spaced along length of ship, response signal is emitted through first and second antennas with delays A and A+B correspondingly. For this purpose transponder has transmitter, receiver, antenna, circulator, decoder, processing unit, encoder, commutator, second circulator, second antenna, second receiver, second decoder which are connected in compliance with description of invention. EFFECT: improved reliability of method. 13 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации, в частности к области радиолокационных систем активного запроса-ответа (САЗО). Изобретение может быть использовано для управления движением судов как надводных, так и воздушных в сложных метеоусловиях вплоть до полного отсутствия видимости. The present invention relates to the field of radar, in particular to the field of radar systems of the active request-response (SAZO). The invention can be used to control the movement of ships both surface and air in difficult weather conditions, up to a complete lack of visibility.

Известен способ выработки навигационно-пилотажной информации для управления движением судов в условиях ограниченной видимости, заключающийся в том, что осуществляют радиолокационный (РЛ) обзор с использованием канала активного запроса-ответа, по которому передается также навигационно-пилотажная информация как на судно, так и с судна на пункт управления или на другое судно, оборудованное запросчиком, например, системы MRIT (США) и IT (СССР). There is a method of generating navigation and aerobatic information for controlling the movement of ships in conditions of limited visibility, namely, that they perform radar (RL) survey using the channel of an active request-response, which also transmits navigation and aerobatic information both to the ship and from ship to a control point or to another ship equipped with a requestor, for example, MRIT (USA) and IT (USSR) systems.

Недостатками этого способа являются отсутствие информации в запросчике о ресурсе (курсе) запрашиваемого судна в режиме запроса с сокращенным объемом передаваемой информации, который широко используется с целью снижения уровня внутрисистемных помех; получение ложной информации о курсе судна при наличии ошибки в его курсовом датчике или искажении ответного сигнала помехой; отсутствие в ответчике пеленга на запросчик, что затрудняет оценку опасности столкновения с запрашивающим судном и не позволяет осуществлять направленное излучение ответного сигнала с целью снижения уровня внутрисистемных помех и повышения помехозащищенности системы активного запроса-ответа. The disadvantages of this method are the lack of information in the interrogator about the resource (course) of the requested vessel in the request mode with a reduced amount of transmitted information, which is widely used to reduce the level of intra-system interference; receiving false information about the ship's course in the presence of an error in its heading sensor or distortion of the response signal by interference; the lack of a bearing on the interrogator in the respondent, which complicates the assessment of the danger of collision with the requesting vessel and does not allow directional radiation of the response signal in order to reduce the level of intra-system interference and increase the noise immunity of the active request-response system.

В настоящее время для решения проблемы получения информации о ракурсе (курсе) судна на пунктах управления движением судов делаются попытки использования цифровой обработки РЛ-сигналов со сложными алгоритмами фильтрации и экстраполяции (тема "Фарватер", включающая тему "Причал-ТМ" - разработка алгоритмов фильтрации и сопровождения трасс). Однако для получения требуемой точности указанной информации необходимо несколько периодов обзора. Тем не менее это не решает задачи получения пеленга на запросчик в ответчике запрашиваемого судна. At present, in order to solve the problem of obtaining information about the ship’s angle (course) at the traffic control points, attempts are being made to use digital processing of radar signals with complex filtering and extrapolation algorithms (the theme is “Fairway”, including the topic “Prichal-TM” - development of filtering algorithms and track maintenance). However, to obtain the required accuracy of this information, several review periods are necessary. Nevertheless, this does not solve the problem of obtaining the bearing to the interrogator in the respondent of the requested vessel.

Целью изобретения является повышение точности сопровождения судов пунктами управления движением, повышение помехозащищенности используемой при этом САЗО, повышение качества работы системы автономной выработки на судне информации для предупреждения столкновений. The aim of the invention is to increase the accuracy of escorting vessels by traffic control points, increasing the noise immunity of the SAZO used in this case, improving the quality of the autonomous generation of information on the vessel to prevent collisions.

Поставленная цель достигается тем, что в способе выработки навигационно-пилотажной информации для судов, в котором осуществляют РЛ-обзор с использованием канала САЗО с передачей части навигационно-пилотажной информации по этому каналу, с излучением ответного сигнала с задержкой A относительно момента обнаружения запросного сигнала в антенне ответчика, принимают в ответчике запросный сигнал на две антенны, разнесенные вдоль оси судна, излучают ответный сигнал через первую антенну с задержкой A относительно момента обнаружения запросного сигнала в этой антенне, излучают ответный сигнал через вторую антенну с задержкой A + B относительно момента обнаружения запросного сигнала во второй антенне, уменьшают в запросчике значения дальности принятых ответных сигналов из второй антенны на величину B, выраженную в единицах дальности, и дают им признаки второй антенны, для чего в ответчик, содержащий передатчик, первый приемник, первую антенну, первый циркулятор, первый дешифратор, блок обработки, шифратор, причем первый выход циркулятора соединен с входом первой антенны, второй выход с входом первого приемника, выход которого соединен с входом первого дешифратора, первый выход которого соединен с первым входом блока обработки, а второй с вторым входом блока обработки, выход которого соединен с первым входом шифратора, первый выход которого соединен с входом передатчика, введены коммутатор, второй циркулятор, вторая антенна, второй приемник, второй дешифратор, причем вход коммутатора соединен с выходом передатчика, первый и второй выходы соединены с входами первого и второго циркуляторов соответственно, управляющий вход соединен с вторым выходом шифратора, первый выход второго циркулятора соединен с входом второй антенны, второй выход с входом второго приемника, выход которого соединен с входом второго дешифратора, первый выход которого соединен с третьим входом блока обработки, а второй с четвертыми входом блока обработки, второй выход которого соединен с вторым входом шифратора. This goal is achieved by the fact that in the method for generating navigation and aerobatic information for ships, in which a radar survey is performed using the SAZO channel with the transmission of part of the navigational and aerobatic information through this channel, with a response signal with a delay A relative to the moment the request signal is detected at antenna of the transponder, the transponder receives a request signal to two antennas spaced along the axis of the vessel, emits a response signal through the first antenna with a delay A relative to the moment of detection of the signal in this antenna, a response signal is emitted through the second antenna with a delay of A + B relative to the moment the request signal is detected in the second antenna, the range of the received response signals from the second antenna in the interrogator is reduced by the value of B, expressed in units of range, and gives them signs a second antenna, for which a transponder comprising a transmitter, a first receiver, a first antenna, a first circulator, a first decoder, a processing unit, an encoder, wherein the first output of the circulator is connected to the input of the first antenna, the second the output with the input of the first receiver, the output of which is connected to the input of the first decoder, the first output of which is connected to the first input of the processing unit, and the second with the second input of the processing unit, the output of which is connected to the first input of the encoder, the first output of which is connected to the input of the transmitter, a switch , the second circulator, the second antenna, the second receiver, the second decoder, and the input of the switch is connected to the output of the transmitter, the first and second outputs are connected to the inputs of the first and second circulators, respectively, controlling the input is connected to the second output of the encoder, the first output of the second circulator is connected to the input of the second antenna, the second output to the input of the second receiver, the output of which is connected to the input of the second decoder, the first output of which is connected to the third input of the processing unit, and the second to the fourth input of the processing unit , the second output of which is connected to the second input of the encoder.

На фиг. 1 изображена функциональная схема ответчика, используемого в САЗО для выработки навигационно-пилотажной информации для судов по данному способу, где 1 и 2 первая и вторая антенны соответственно, 3 и 4 первый и второй циркуляторы соответственно, 5 и 6 первый и второй приемники соответственно, 7 и 8 первый и второй дешифраторы соответственно, 9 блок обработки, 10 шифратор, 11 передатчик, 12 коммутатор. In FIG. 1 shows a functional diagram of a transponder used in SAZO to generate navigation and aerobatic information for ships according to this method, where 1 and 2 are the first and second antennas, respectively, 3 and 4 are the first and second circulators, respectively, 5 and 6 are the first and second receivers, respectively, 7 and 8 are the first and second decoders, respectively, 9 processing unit, 10 encoder, 11 transmitter, 12 switch.

Сущность способа поясняется на примере работы данного ответчика. The essence of the method is illustrated by the example of the operation of this defendant.

Запросный сигнал, принимаемый первой и второй антеннами 1 и 2 соответственно, через первый и второй циркуляторы 3 и 4 соответственно поступает на входы первого и второго приемников 5 и 6 соответственно. В приемниках 5, 6 принимаемые сигналы преобразовываются по частоте, усиливаются и детектируются. Бинарно-квантованные сигналы с выходов приемников 5, 6 поступают на входы дешифраторов 7, 8 соответственно, где осуществляется обнаружение координатной части запросного сигнала, определение режима запроса, наличия и вида информационной части запросного сигнала. The request signal received by the first and second antennas 1 and 2, respectively, through the first and second circulators 3 and 4, respectively, is supplied to the inputs of the first and second receivers 5 and 6, respectively. In receivers 5, 6, the received signals are converted in frequency, amplified, and detected. The binary-quantized signals from the outputs of the receivers 5, 6 are fed to the inputs of the decoders 7, 8, respectively, where the coordinate part of the request signal is detected, the request mode, the presence and type of the information part of the request signal are detected.

По сигналу обнаружения координатной части запросного сигнала в первом дешифраторе 7, поступающему с выхода дешифратора, в блоке обработки 9 фиксируется текущее время и через интервал времени A выдается сигнал в шифратор 10, содержащий информацию о виде режима запроса и информационной части запросного сигнала. На основании этой информации в шифраторе 10 производится формирование кода ответного сигнала, в соответствии с которым в передатчике 11 формируется последовательность ВЧ-импульсов. Одновременно с второго выхода шифратора на управляющий вход коммутатора 12 поступает сигнал, переключающий выход коммутатора 12 на вход первого циркулятора 3. Таким образом, этот сигнал с выхода передатчика 11 поступает в первую антенну 1 и излучается в пространство, определяемое ее диаграммой направленности (ДН). According to the detection signal of the coordinate part of the request signal in the first decoder 7, coming from the output of the decoder, the current time is fixed in the processing unit 9 and after a time interval A a signal is output to the encoder 10 containing information about the type of the request mode and the information part of the request signal. Based on this information, encoder 10 generates a response signal code, according to which a sequence of RF pulses is generated in the transmitter 11. At the same time, from the second output of the encoder, a signal is input to the control input of the switch 12, switching the output of the switch 12 to the input of the first circulator 3. Thus, this signal from the output of the transmitter 11 enters the first antenna 1 and is radiated into the space determined by its radiation pattern (LH).

Аналогично по сигналу обнаружения координатной части запросного сигнала во втором дешифраторе 8 в блоке обработки 9 фиксируется текущее время и через интервал времени A + B выдается сигнал в шифратор 10, где производится формирование кода ответного сигнала, аналогичного предыдущему либо отличающегося от него, например, за счет наличия признака второй антенны. На основании этой информации в шифраторе 10 производится формирование кода ответного сигнала для второй антенны, в соответствии с которым в передатчике 11 формируется последовательность ВЧ-импульсов. Одновременно с второго выхода шифратора на управляющий вход коммутатора 12 поступает сигнал, переключающий выход коммутатора 12 на вход второго циркулятора 4. Таким образом, этот сигнал с выхода передатчика 11 поступает во вторую антенну 2 и излучается в пространство, определяемое ее ДН. Similarly, according to the detection signal of the coordinate part of the request signal in the second decoder 8, in the processing unit 9, the current time is recorded and after a time interval A + B a signal is output to the encoder 10, where the response signal code is generated, similar to the previous one or different from it, for example, due to the presence of a sign of the second antenna. Based on this information, encoder 10 generates a response signal code for the second antenna, in accordance with which a sequence of RF pulses is generated in the transmitter 11. At the same time, from the second output of the encoder, a signal is input to the control input of the switch 12, switching the output of the switch 12 to the input of the second circulator 4. Thus, this signal from the output of the transmitter 11 enters the second antenna 2 and is radiated into the space determined by its daylight.

Для исключения взаимовлияния сигналов, излучаемых первой и второй антеннами ответчика, целесообразно установить величину A большей или равной максимально возможному в данной САЗО значению расстояния между антеннами ответчика C, выраженному во времени t_см, а величину B большей или равной D + t_см, где D максимальная длительность ответного сигнала. В этом случае ответный сигнал из второй антенны на один и тот же запрос будет приниматься запросчиком после окончания приема сигнала из первой независимо от ракурса и размера судна.To avoid interference of the signals emitted by the first and second transponder antennas, it is advisable to set the value of A greater than or equal to the maximum possible distance between the transponder antennas C, expressed in time t _cm , and the value of B greater than or equal to D + t _cm , where D maximum duration of the response signal. In this case, the response signal from the second antenna to the same request will be received by the interrogator after the end of the reception of the signal from the first regardless of the angle and size of the vessel.

В запросчике фиксируется время приема первого ответного сигнала относительно ответного сигнала, следующего за первым с задержкой в пределах от A до (A + B), и из этого времени вычитают значение B. Полученные величины определяют дальности первой и второй антенн ответчика соответственно. The interrogator records the time of reception of the first response signal relative to the response signal following the first with a delay ranging from A to (A + B), and the value B is subtracted from this time. The obtained values determine the ranges of the first and second responder antennas, respectively.

Ответный сигнал, принимаемый с задержкой, большей чем A + B, относительно первого, классифицируется как первый ответный сигнал ответчика другого судна, хотя это может быть и второй ответный сигнал другого судна, если оно близко расположено к первому. В последнем случае первый ответный сигнал второго судна оказался заблокированным ответным сигналом первого судна и, следовательно, на выходе приемника запросчика не будет пары ответных сигналов, удовлетворяющих вышеприведенному требованию по задержке, и этот сигнал не получит признака номера антенны. A response signal received with a delay greater than A + B relative to the first is classified as the first response signal of the transponder of another vessel, although this may be the second response signal of another vessel, if it is close to the first. In the latter case, the first response signal of the second vessel turned out to be blocked by the response signal of the first vessel and, therefore, at the output of the interrogator receiver there will not be a pair of response signals satisfying the above delay requirement, and this signal will not receive an antenna number indication.

Одновременно с фиксацией времени прихода ответных сигналов производится измерение известными способами направлений их прихода, т. е. азимутов первой и второй антенн судна. Simultaneously with fixing the arrival time of the response signals, the directions of their arrival, i.e., the azimuths of the first and second antennas of the vessel, are measured by known methods.

Дальности и азимуты первой и второй антенн ответчика определяют направление оси судна. The ranges and azimuths of the first and second antennas of the defendant determine the direction of the axis of the vessel.

При работе САЗО в районах с высокой интенсивностью движения судов становится существенной вероятность того, что запросы от различных запросчиков, проходящие на данный ответчик, будут близкими во времени. Тогда может оказаться, что запрос от другого запросчика придет на вторую антенну раньше, чем запрос от первого запросчика. В этом случае ответчик даст ответ через первую антенну на запрос первого запросчика, а через вторую на запрос второго. В результате первый запросчик получит ложную информацию о дальности второй антенны и, следовательно, о ракурсе (курсе) судна при правильном значении азимутов первой и второй антенн. When SAZO operates in areas with high traffic density, it becomes significant that requests from various interrogators to this transponder will be close in time. Then it may turn out that a request from another interrogator will arrive at the second antenna earlier than a request from the first interrogator. In this case, the responder will give a response through the first antenna to the request of the first interrogator, and through the second to the request of the second. As a result, the first interrogator will receive false information about the range of the second antenna and, therefore, about the angle (course) of the vessel with the correct azimuths of the first and second antennas.

Для устранения указанных недостатков в ответном сигнале передают признак номера антенны и информацию о расстоянии между антеннами данного ответчика - C. Это позволяет исключить ложные значения дальностей до второй антенны

, если не удовлетворяется условие
C-δ<C′<C+δ, (1)
где δ максимальная погрешность измерения дальности в запросчике;
C' оценка расстояния между антеннами ответчика, полученная в запросчике на основании автономного измерения координат антенн, определяемая выражением

где R₁ измеренное запросчиком расстояние до первой антенны;
β₁ измеренный запросчиком азимут первой антенны;

измеренное запросчиком расстояние до второй антенны;
β₂ измеренный запросчиком азимут второй антенны.To eliminate these shortcomings in the response signal transmit the sign of the antenna number and information about the distance between the antennas of the given transponder - C. This eliminates false values of ranges to the second antenna

if the condition is not satisfied
C-δ <C ′ <C + δ, (1)
where δ is the maximum range measurement error in the interrogator;
C 'an estimate of the distance between the antennas of the responder obtained in the interrogator based on an autonomous measurement of the coordinates of the antennas, determined by the expression

where R _{1 the} distance measured by the interrogator to the first antenna;
β _{1 the} azimuth of the first antenna measured by the interrogator;

the distance measured by the interrogator to the second antenna;
β _{2 the} azimuth of the second antenna measured by the interrogator.

В этом случае расстояние до второй антенны R₂ определяется из выражения

Если условие 1 выполняется, то значение

используется совместно со значением R₂, вычисленным из выражения (3), для получения усредненного значения расстояния до второй антенны

с учетом погрешностей их измерений.In this case, the distance to the second antenna R ₂ is determined from the expression

If condition 1 is satisfied, then the value

used in conjunction with the value of R ₂ calculated from expression (3) to obtain an average value of the distance to the second antenna

taking into account the errors of their measurements.

Значение R₂ или

используется для расчета координат антенн ответчика в прямоугольной системе:

и определения курса судна по формулам

где

,
в режиме работы САЗО без передачи информации о значении C и

в режиме работы САЗО с передачей информации о C.R ₂ value or

used to calculate the coordinates of the transponder antennas in a rectangular system:

and determining the course of the vessel by the formulas

Where

,
in the mode of operation of SAZO without transmitting information about the value of C and

in the mode of operation of SAZO with the transmission of information about C.

Дисперсия ошибок измерения α в данной задаче определяется выражением

Следовательно, в случае измерения α по формуле (5) получаем

а в случае измерения α по формуле (6) получаем

Таким образом, в последнем случае ошибка измерения курса судна оказывается существенно меньше.The dispersion of measurement errors α in this problem is determined by the expression

Therefore, in the case of measuring α by formula (5), we obtain

and in the case of measuring α by formula (6), we obtain

Thus, in the latter case, the error in measuring the heading of the vessel is significantly less.

С целью дальнейшего повышения точности измерения координат и курсов судов, измеряют в ответчике разности времен прихода запросных сигналов в первую и вторую антенны во временном окне, равном или большем 2C, выраженном во времени, относительно каждого запросного сигнала, обнаруженного в первой антенне, и передают в ответном сигнале значения полученных разностей времен прихода запросных сигналов в первую и вторую антенны ΔR, а также значение C, выраженное во времени, или пеленги на запросчики, для чего в ответчике, выполненном в соответствии с функциональной схемой, представленной на фиг. 1, блок обработки содержит счетчик времени, первый и второй переключатели, первую и вторую группы из n последовательно соединенных регистров, матрицу из n x n сумматоров, первую и вторую группы из n устройств совпадений, n многоразрядных переключателей, первый и второй блоки задержки, причем входы первого и второго переключателей объединены и подключены к первому выходу счетчика времени, управляющие входы являются первым и третьим входами блока обработки соответственно, а выходы соединены с первыми входами первых регистров первой и второй групп соответственно, вторые входы которых являются вторым и четвертым входами блока обработки соответственно, первые входы первой группы устройств совпадений объединены и подключены к второму выходу счетчика времени, вторые входы подключены к первым входам первого n-го регистров первой группы соответственно, третьи входы которых подключены к первым выходам устройств совпадений первой группы соответственно, первые входы устройств совпадений второй группы объединены и подключены к третьему выходу счетчика времени, вторые входы подключены к первым выходам первого n-го регистров второй группы соответственно, третьи входы которых подключены к первым выходам устройств совпадений второй группы соответственно, первые входы первого n-го сумматоров каждого столбца матрицы объединены и подключены к второму выходу первого n-го регистров первой группы соответственно, вторые входы первого - n-го сумматоров каждой строки матрицы объединены и подключены к вторым выходам первого n-го регистров второй группы соответственно, выходы первого n-го сумматоров каждого столбца матрицы подключены к первому n-му входам первого n-го многоразрядных переключателей соответственно, к (n-1)-м входам которых подключены вторые выходы устройств совпадений первой группы соответственно, выходы многоразрядных переключателей объединены и подключены к входу первого блока задержки, выход которого является первым выходом блока обработки, вторые выходы устройств совпадений второй группы объединены и подключены к входу второго блока задержки, выход которого является вторым выходом блока обработки. In order to further improve the accuracy of measuring the coordinates and courses of ships, the difference in the arrival times of the request signals to the first and second antennas is measured in the transponder in a time window equal to or greater than 2C, expressed in time, relative to each request signal detected in the first antenna, and transmitted to the response signal the values of the received differences of the arrival times of the interrogation signals in the first and second antennas ΔR, as well as the value C, expressed in time, or bearings on the interrogators, for which the transponder is made in accordance with with the functional diagram shown in FIG. 1, the processing unit contains a time counter, first and second switches, the first and second groups of n series-connected registers, a matrix of nxn adders, the first and second groups of n match devices, n multi-bit switches, the first and second delay blocks, the inputs of the first and the second switches are combined and connected to the first output of the time counter, the control inputs are the first and third inputs of the processing unit, respectively, and the outputs are connected to the first inputs of the first registers of the first and second g UPP, respectively, the second inputs of which are the second and fourth inputs of the processing unit, respectively, the first inputs of the first group of coincidence devices are combined and connected to the second output of the time counter, the second inputs are connected to the first inputs of the first n-th registers of the first group, respectively, the third inputs of which are connected to the first outputs of the devices of matches of the first group, respectively, the first inputs of the devices of matches of the second group are combined and connected to the third output of the time counter, the second inputs are connected are connected to the first outputs of the first n-th registers of the second group, respectively, the third inputs of which are connected to the first outputs of the coincidence devices of the second group, respectively, the first inputs of the first n-th adders of each column of the matrix are combined and connected to the second output of the first n-th registers of the first group, respectively , the second inputs of the first - n-th adders of each row of the matrix are combined and connected to the second outputs of the first n-th registers of the second group, respectively, the outputs of the first n-th adders of each column of the matrix are are connected to the first n-th inputs of the first n-th multi-bit switches, respectively, to the (n-1) -th inputs of which are connected the second outputs of the coincidence devices of the first group, respectively, the outputs of the multi-bit switches are combined and connected to the input of the first delay block, the output of which is the first the output of the processing unit, the second outputs of the coincidence devices of the second group are combined and connected to the input of the second delay unit, the output of which is the second output of the processing unit.

На фиг. 2 изображена функциональная схема блока обработки ответчика, в котором измеряется разность прихода запросных сигналов на первую и вторую антенны во временном окне, равном 2C, выраженном во времени, для частного случая, когда n 3, где 13 и 14 первый и второй переключатели соответственно, 15 счетчик времени, 16 и 17 первая и вторая группа из n последовательно соединенных регистров соответственно, 18 и 22 первая и вторая группы из n устройств совпадений соответственно, 19 многоразрядные переключатели, 20 матрица из n x n сумматоров, 21 и 23 первый и второй блоки задержки соответственно. In FIG. 2 is a functional diagram of a transponder processing unit, in which the difference of arrival of interrogation signals to the first and second antennas in a time window equal to 2C, expressed in time, is measured for a special case when n 3, where 13 and 14 are the first and second switches, respectively, 15 time counter, 16 and 17, the first and second group of n series-connected registers, respectively, 18 and 22, the first and second groups of n match devices, respectively, 19 multi-bit switches, 20 matrix of nxn adders, 21 and 23 first and second blocks delays respectively.

Сущность способа поясняется на примере работы ответчика с данным блоком обработки (БО). The essence of the method is illustrated by the example of the defendant with this processing unit (BO).

Сигнал обнаружения координатной части запросного сигнала с выхода первого дешифратора 7 (см. фиг. 1) поступает на управляющий вход первого переключателя БО 13, являющийся первым входом БО. Аналогично сигнал обнаружения с выхода второго дешифратора 8 (см. фиг. 1) поступает на управляющий вход второго переключателя БО 14, являющийся вторым входом БО. The detection signal of the coordinate part of the request signal from the output of the first decoder 7 (see Fig. 1) is fed to the control input of the first switch BO 13, which is the first input of the BO. Similarly, the detection signal from the output of the second decoder 8 (see Fig. 1) is fed to the control input of the second switch BO 14, which is the second input of the BO.

На сигнальные входы переключателей 13, 14 поступает сигнал текущего времени с первого выхода счетчика времени 15. В момент обнаружения координатной части запросного сигнала текущее значение времени фиксируется в первых регистрах первой и второй групп многоразрядных регистров с параллельной записью информации 16, 17 соответственно, одновременно в этих регистрах фиксируются сигналы, содержащие информационную часть запросного сигнала, поступающие на вторые входы первых регистров первой и второй групп соответственно, являющиеся вторым и четвертым входами БО соответственно. The signal inputs of the switches 13, 14 receive the current time signal from the first output of the time counter 15. At the moment of detection of the coordinate part of the request signal, the current time value is fixed in the first registers of the first and second groups of multi-bit registers with parallel recording of information 16, 17, respectively, simultaneously in these registers are fixed signals containing the information part of the request signal received at the second inputs of the first registers of the first and second groups, respectively, which are the second and even ertym inputs BO, respectively.

При поступлении нового сигнала на вход первого регистра первой или второй групп его содержимое переписывается во второй регистр и так далее. При поступлении нового сигнала в последний n-й регистр данной группы содержащаяся в нем ранее информация стирается. When a new signal arrives at the input of the first register of the first or second groups, its contents are rewritten in the second register and so on. When a new signal arrives in the last n-th register of this group, the information contained in it is previously deleted.

Сигнал текущего времени, уменьшенного на величину t_c, (t-t_c), где t_c выраженное во времени значения С, с второго выхода счетчика времени 15 поступает на первые входы всех устройств совпадений (УС) первой группы 18, где сравнивается с сигналами текущего времени, записанными в регистрах первой группы, поступающими на вторые входы соответствующих УС. В момент совпадения t-t_c с содержащимся в i-ом регистре значением текущего времени t_i содержимое i-го регистра первой группы поступает через УС в i-ый многоразрядный переключатель 19, который выдает на выход сигналы разности i-го столбца матрицы сумматоров n x n 20 - разности времен прихода всех запросных сигналов, поступивших во вторую антенну во временном интервале (t_i-t_c)-(t_i+t_c), относительно сигнала, записанного в i-ом регистре первой группы, пришедшего в первую антенну в момент времени t_i.The signal of the current time, reduced by the value of t _c , (tt _c ), where t _c is the time-expressed value of C, from the second output of the time counter 15 is supplied to the first inputs of all coincidence devices (CSS) of the first group 18, where it is compared with the signals of the current time recorded in the registers of the first group, arriving at the second inputs of the corresponding CSS. At the moment tt _c coincides with the value of the current time t _i in the i-th register, the contents of the i-th register of the first group enters the i-th multi-bit switch 19 through the CSS to the output of the difference signals of the i-th column of the adder matrix nxn 20 - the difference in the arrival times of all the request signals arriving at the second antenna in the time interval (t _i -t _c ) - (t _i + t _c ) relative to the signal recorded in the i-th register of the first group that arrived at the first antenna at time t _i .

Таким образом содержимое i-го регистра первой группы и значения разностей времен прихода запросных сигналов во вторую антенну относительно t_i передаются через первый блок задержки Б3₁ 21, дополняющий задержку относительно момента обнаружения запросного сигнала в первой антенне до величины A, и поступает на первый вход шифратора 10 (см. фиг. 1) для дальнейшего формирования ответного сигнала, излучаемого через первую антенну.Thus, the contents of the i-th register of the first group and the values of the differences in the times of arrival of the request signals to the second antenna with respect to t _i are transmitted through the first delay unit B3 ₁ 21, supplementing the delay relative to the moment the request signal is detected in the first antenna to the value A, and arrives at the first input encoder 10 (see Fig. 1) to further generate a response signal emitted through the first antenna.

Сигнал текущего времени, уменьшенного на величину 2t_c, (t_i-2t_c) с третьего выхода счетчика времени 15 поступает на первые входы всех устройств совпадений второй группы (УС) 22, где сравнивается с сигналами текущего времени, записанными в регистрах второй группы 17, поступающими на вторые входы соответствующих УС. В момент совпадения t-2t_c с содержащимся в j-ом регистре значением текущего времени t_j содержимое j-го регистра поступает через i-ый УС и второй блок задержки (БЭ₂) 23, дополняющий задержку относительно момента обнаружения запросного сигнала во второй антенне до величины A + B, на второй вход шифратора 10 для дальнейшего формирования ответного сигнала, излучаемого через вторую антенну.The signal of the current time, reduced by 2t _c , (t _i -2t _c ) from the third output of the time counter 15 is supplied to the first inputs of all coincidence devices of the second group (CSS) 22, where it is compared with the current time signals recorded in the registers of the second group 17 coming to the second inputs of the corresponding CSS. At the moment t-2t _c coincides with the value of the current time t _j contained in the jth register, the contents of the jth register are received through the i-th DC and the second delay unit (BE ₂ ) 23, supplementing the delay with respect to the moment the request signal is detected in the second antenna to the value A + B, to the second input of the encoder 10 for the further formation of the response signal emitted through the second antenna.

Таким образом, ответный сигнал из второй антенны передается на самый первый запросный сигнал, пришедший в эту антенну в интервал времени (t_i-t_c)-(t_i+t_c). В момент совпадения значений времени в УС как первой, так и второй групп из них выдается на третий вход соответствующего регистра сигнал стирания его содержимого.Thus, the response signal from the second antenna is transmitted to the very first interrogation signal arriving at this antenna in the time interval (t _i -t _c ) - (t _i + t _c ). At the moment of coincidence of the time values in the CSS of both the first and second groups, a signal to erase its contents is issued to the third input of the corresponding register.

Следует отметить, что в данном ответчике в ответном сигнале передаются только разности времен прихода запросных сигналов во вторую антенну относительно одного запросного сигнала из числа сигналов, записанных в регистрах первой группы. Разности времен прихода относительно запросных сигналов, записанных в другие регистры первой группы, могут быть не переданными вследствие бланкирования ответом на более ранний запрос. It should be noted that in this transponder in the response signal, only the differences in the arrival times of the request signals to the second antenna are transmitted relative to one request signal from the number of signals recorded in the registers of the first group. Differences in arrival times with respect to request signals recorded in other registers of the first group may not be transmitted due to blanking with a response to an earlier request.

Если во вторую антенну ответчика первым пришел запросный сигнал другого запросчика во временном интервале (t_i-t_c)-(t_i+t_c) относительно времени прихода запросного сигнала от данного запросчика в первую антенну, то задержка ответного сигнала из второй антенны не будет соответствовать истинной задержке запросного сигнала от данного запросчика, однако в ответном сигнале будет содержаться и информация об истинной задержке. Выбор истинной задержки из числа значений, содержащихся в ответном сигнале, осуществляется путем использования информации о С, содержащейся в том же ответном сигнале, и измеренных в запросчике значениях β₁,β₂, по формулам (1)-(3).If the interrogator signal of the other interrogator was the first to arrive at the second antenna in the time interval (t _i -t _c ) - (t _i + t _c ) relative to the time of arrival of the interrogation signal from this interrogator to the first antenna, then there will be no delay in the response signal from the second antenna correspond to the true delay of the request signal from this interrogator, however, the response signal will also contain information about the true delay. The true delay is selected from the number of values contained in the response signal by using the information about C contained in the same response signal and the values β ₁ , β ₂ measured in the interrogator according to formulas (1) - (3).

Очевидно, что указанные выше операции упрощаются, если в запросном сигнале передается признак запросчика, установленный постоянно для каждого запросчика или изменяющийся по случайному закону из сравнительно небольшого набора чисел. В этом случае исключается передача в ответном сигнале ложных разностей времен прихода (или пеленгов). Obviously, the above operations are simplified if the requestor signal is transmitted by the sign of the interrogator, set constantly for each interrogator or randomly changing from a relatively small set of numbers. In this case, transmission of false differences in arrival times (or bearings) in the response signal is excluded.

Наличие в ответном сигнале информации о ΔR и С позволяет определить значение Δβ = (β₁-β₂) по формуле

При этом значения β₂ и R₂, необходимые для вычисления α, равны

Из рассмотрения выражений (10)-(12) следует, что погрешность измерения α практически не зависит от sb₁ и определяется только значением σ_ΔR в ответчике, которое всегда меньше величины σ_R, получаемой в запросчике.The presence in the response signal of information about ΔR and C allows us to determine the value Δβ = (β ₁ -β ₂ ) by the formula

Moreover, the values of β ₂ and R ₂ necessary for calculating α are equal

From the consideration of expressions (10) - (12) it follows that the measurement error α is practically independent of sb ₁ and is determined only by the value of σ _ΔR in the transponder, which is always less than the value of σ _R obtained in the interrogator.

Измеряемые в запросчике значения координат первой и второй антенн ответчика и значение α, получаемые с использованием формул (1)-(6), а также значения координат и a, полученные с использованием формул (1)-(10), и значение курса судна, получаемое от бортового датчика судна, могут быть усреднены с учетом априорной информации о погрешностях измерения этих величин. The coordinates of the responder’s first and second antennas measured in the interrogator and the value of α obtained using formulas (1) - (6), as well as the coordinates and a, obtained using formulas (1) - (10), and the ship heading value, received from the onboard sensor of the vessel can be averaged taking into account a priori information about the measurement errors of these quantities.

Наличие в ответчике информации о разности времен прихода запросного сигнала в первую и вторую антенны с одним и тем же признаком запросчика позволяет определять возможные пеленги на запросчик и передавать ответный сигнал этому запросчику по узкой диаграмме направленности, устанавливаемой в направлении данного запросчика, для чего в ответчик, выполненный по функциональной схеме, изображенной на фиг. 1, введены первый и второй блоки формирования и управления ДН, входы которых соединены с третьим выходом шифратора, а выходы с управляющими входами первой и второй антенн соответственно. The presence in the transponder of information about the difference in the arrival times of the interrogation signal to the first and second antennas with the same sign of the interrogator allows one to determine possible bearings to the interrogator and transmit a response signal to this interrogator using a narrow radiation pattern established in the direction of the interrogator, for which the transponder made according to the functional diagram shown in FIG. 1, the first and second blocks of the formation and control of the beam are introduced, the inputs of which are connected to the third output of the encoder, and the outputs with the control inputs of the first and second antennas, respectively.

На фиг. 3 изображена функциональная схема ответчика, обеспечивающего направленное излучение ответных сигналов, где цифрами 1-12 обозначены те же элементы, что и на фиг. 1, а 24 и 25 первый и второй блоки формирования и управления ДН соответственно. In FIG. 3 shows a functional diagram of a transponder providing directed radiation of response signals, where the numbers 1-12 denote the same elements as in FIG. 1, 24 and 25, the first and second blocks of the formation and control of NAM, respectively.

В САЗО, использующей такие ответчики, возможности повышение уровня мощности принимаемого запросчиком сигнала на 10-20 дБ, что повышает вероятность правильного обнаружения и точность измерения координат и курса судна, а также вероятность правильной передачи информации о пеленгах окружающих запросчиков, что может быть эффективно использовано для повышения надежности работы системы предупреждения столкновений. In SAZO, using such transponders, it is possible to increase the power level of the signal received by the interrogator by 10-20 dB, which increases the likelihood of correct detection and the accuracy of measuring the coordinates and course of the vessel, as well as the likelihood of the correct transmission of information about bearings of the surrounding interrogators, which can be effectively used for increase the reliability of the collision avoidance system.

В общем случае в каждом периоде запроса в запросчик проходит от одного судна (ответчика) пара синхронных и несколько пар несинхронных ответных сигналов. Принятые запросчиком несинхронные ответы данного судна несут правильную информацию со значении С и азимутов его антенн и ложную информацию о значениях их дальностей и разности дальностей. In the general case, in each period of a request, a pair of synchronous and several pairs of non-synchronous response signals pass from one vessel (responder) to a requestor. The non-synchronous responses of the vessel received by the interrogator carry the correct information with the value of C and the azimuths of its antennas and false information about the values of their ranges and the difference of ranges.

Проводя отбор пар ответных сигналов с одинаковыми значениями С и близкими значениями азимутов, получаем совокупность данных, позволяющих повысить путем усреднения точность измерения курса данного судна в одном периоде запроса. Эти значения уточняются в двух-трех последующих периодах запроса, когда выявляется синхронная пара ответов. Performing the selection of pairs of response signals with the same values of C and close azimuths, we obtain a set of data that can improve by averaging the accuracy of the course measurement of a given vessel in one request period. These values are specified in two to three subsequent periods of the request, when a synchronous pair of responses is detected.

Следовательно, данный способ позволяет использовать для повышения точности измерения курса судна даже несинхронные ответы, которые обычно рассматриваются как внутрисистемные помехи. Therefore, this method allows you to use even non-synchronous responses, which are usually considered as intra-system interference, to increase the accuracy of the ship's heading measurement.

Claims (12)

1. Способ выработки навигационно-пилотажной информации для судов, в котором осуществляют радиолокационный обзор с использованием канала системы активного запроса-ответа с передачей части навигационно-пилотажной информации по этому каналу, с излучением ответного сигнала с задержкой А относительно момента обнаружения запросного сигнала в антенне ответчика, отличающийся тем, что принимают в ответчике запросный сигнал на две антенны, разнесенные вдоль оси судна, излучают ответный сигнал через первую антенну с задержкой А относительно момента обнаружения запросного сигнала в этой антенне, излучают ответный сигнал через вторую антенну с задержкой А + В относительно момента обнаружения запросного сигнала во второй антенне, уменьшают в запросчике значение дальности принятых ответных сигналов из второй антенны на величину В, выраженную в единицах дальности, и дают им признаки второй антенны. 1. A method for generating navigation and flight information for ships, in which a radar survey is performed using the channel of the active request-response system with the transmission of part of the navigation and flight information on this channel, with the emission of a response signal with a delay A relative to the moment the request signal is detected in the antenna of the responder characterized in that the transponder receives a request signal to two antennas spaced along the axis of the vessel, emits a response signal through the first antenna with a delay A relative to In order to detect the request signal in this antenna, a response signal is emitted through the second antenna with a delay of A + B relative to the moment of detection of the request signal in the second antenna, the range of the received response signals from the second antenna is decreased by the value B expressed in units of range, and give im signs of a second antenna. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в ответном сигнале передают признак номера антенны и информацию о расстоянии между антеннами С. 2. The method according to p. 1, characterized in that in the response signal transmit a sign of the antenna number and information about the distance between antennas C. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что устанавливают величину А, большей или равной С_м, где С_м максимальное значение С из множества всех возможных значений, выраженное во времени, и величину В, большей или равной D + C, где D максимальная длительность ответного сигнала.3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that set the value of A greater than or equal to C _m , where C _{m the} maximum value of C from the set of all possible values, expressed in time, and the value of B greater than or equal to D + C, where D is the maximum duration of the response signal. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что измеряют в ответчике разности времен прихода запросных сигналов в первую и вторую антенны во временном окне, равном или большем 2С, выраженном во времени, относительно каждого запросного сигнала, обнаруженного в первой антенне. 4. The method according to PP. 1 to 3, characterized in that the transponder measures the differences in the arrival times of the request signals to the first and second antennas in a time window equal to or greater than 2C, expressed in time, relative to each request signal detected in the first antenna. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что передают в ответном сигнале значения полученных разностей времен прихода запросных сигналов в первую и вторую антенны, а также значение С, выраженное во времени. 5. The method according to p. 4, characterized in that they transmit in the response signal the values of the received differences of the arrival times of the interrogation signals to the first and second antennas, as well as the value C, expressed in time. 6. Способ по пп. 4 и 5, отличающийся тем, что передают в запросном сигнале признак запросчика, а измерение разности времен прихода запросных сигналов осуществляют относительно запросного сигнала с тем же признаком запросчика. 6. The method according to PP. 4 and 5, characterized in that they transmit the sign of the interrogator in the interrogation signal, and the measurement of the difference in the arrival times of interrogation signals is performed relative to the interrogation signal with the same sign of the interrogator. 7. Способ по пп. 5 и 6, отличающийся тем, что в запросчике осуществляют усреднение значений ракурсов судов по координатам первой и второй антенн каждого судна, обнаруженным в запросчике, переданной в ответном сигнале информации о разности времен прихода запросного сигнала на первую и вторую антенны и расстоянию между антеннами, а также о курсе судна с учетом погрешностей их измерений. 7. The method according to PP. 5 and 6, characterized in that the interrogator averages the values of the angles of the ships according to the coordinates of the first and second antennas of each vessel, found in the interrogator, transmitted in the response signal information about the difference in the arrival times of the request signal to the first and second antennas and the distance between the antennas, and also about the course of the ship, taking into account the errors of their measurements. 8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что формируют узкую диаграмму направленности антенны в направлении возможных пеленгов, измеренных по конкретному запросному сигналу, и излучают ответный сигнал для этого запросчика. 8. The method according to p. 6, characterized in that they form a narrow antenna radiation pattern in the direction of possible bearings measured by a specific interrogation signal, and emit a response signal for this interrogator. 9. Ответчик по пп. 1 3, содержащий передатчик, первый приемник, первую антенну, первый циркулятор, первый дешифратор, блок обработки, шифратор, причем первый выход циркулятора соединен с входом первой антенны, второй выход с входом первого приемника, выход которого соединен с входом первого дешифратора, первый выход которого соединен с первым входом блока обработки, а второй с вторым входом блока обработки, выход которого соединен с первым входом шифратора, первый выход которого соединен с входом передатчика, отличающийся тем, что в него введены коммутатор, второй циркулятор, вторая антенна, второй приемник, второй дешифратор, причем вход коммутатора соединен с выходом передатчика, первый и второй выходы соединены с входами первого и второго циркуляторов соответственно, управляющий вход соединен с вторым выходом шифратора, первый выход второго циркулятора соединен с входом второй антенны, второй выход с входом второго приемника, выход которого соединен с входом второго дешифратора, первый выход которого соединен с третьим входом блока обработки, а второй с четвертым входом блока обработки, второй выход которого соединен с вторым входом шифратора. 9. The defendant in paragraphs 1 to 3, comprising a transmitter, a first receiver, a first antenna, a first circulator, a first decoder, a processing unit, an encoder, wherein the first output of the circulator is connected to the input of the first antenna, the second output to the input of the first receiver, the output of which is connected to the input of the first decoder, the first output which is connected to the first input of the processing unit, and the second to the second input of the processing unit, the output of which is connected to the first input of the encoder, the first output of which is connected to the input of the transmitter, characterized in that a switch is inserted into it, A second circulator, a second antenna, a second receiver, a second decoder, wherein the input of the switch is connected to the output of the transmitter, the first and second outputs are connected to the inputs of the first and second circulators, respectively, the control input is connected to the second output of the encoder, the first output of the second circulator is connected to the input of the second antenna , the second output with the input of the second receiver, the output of which is connected to the input of the second decoder, the first output of which is connected to the third input of the processing unit, and the second with the fourth input of the processing unit, Torah output of which is connected to the second input of the encoder. 10. Ответчик по п. 9, отличающийся тем, что блок обработки содержит первый и второй блоки задержки, причем первый и второй входы первого и второго блоков задержки являются первым, вторым, третьим и четвертым входами блока обработки соответственно, а выходы первым и вторым выходами блока обработки соответственно. 10. The transponder according to claim 9, characterized in that the processing unit comprises first and second delay units, wherein the first and second inputs of the first and second delay units are first, second, third and fourth inputs of the processing unit, respectively, and the outputs are first and second outputs processing unit, respectively. 11. Ответчик по п. 9, отличающийся тем, что блок обработки содержит счетчик времени, первый и второй переключатели, первую и вторую группы из n последовательно соединенных регистров, матрицу из n • n сумматоров, первую и вторую группы из n устройств совпадений, n многоразрядных переключателей, первый и второй блоки задержки, причем входы первого и второго переключателей объединены и подключены к первому выходу счетчика времени, управляющие входы являются первым и третьим входами блока обработки соответственно, а выходы соединены с первыми входами первых регистров первой и второй групп соответственно, вторые входы которых являются вторым и четвертым входами блока обработки соответственно, первые входы первой группы устройств совпадений объединены и подключены к второму выходу счетчика времени, вторые входы подключены к первым выходам первого n-го регистров первой группы соответственно, третьи входы которых подключены к первым выходам устройств совпадений первой группы соответственно, первые входы устройств совпадений второй группы объединены и подключены к третьему выходу счетчика времени, вторые входы подключены к первым выходам первого n-го регистра второй группы соответственно, третьи входы которых подключены к первым выходам устройств совпадений второй группы соответственно, первые входы первого n-го сумматора каждого столбца матрицы объединены и подключены к второму выходу первого n-го регистра первой группы соответственно, вторые входы первого n-го сумматоров каждой строки матрицы объединены и подключены к вторым выходам первого n-го регистра второй группы соответственно, выходы первого n-го сумматоров каждого столбца матрицы подключены к первому n-му входам первого n-го многоразрядных переключателей соответственно, к (n + 1)-ым входам которых подключены вторые выходы устройств совпадений первой группы соответственно, выходы многоразрядных переключателей объединены и подключены к входу первого блока задержки, выход которого является первым выходом блока обработки, вторые выходы устройств совпадений второй группы объединены и подключены к входу второго блока задержки, выход которого является вторым выходом блока обработки. 11. The responder according to claim 9, characterized in that the processing unit comprises a time counter, first and second switches, first and second groups of n series-connected registers, a matrix of n • n adders, first and second groups of n match devices, n multi-bit switches, the first and second delay blocks, the inputs of the first and second switches are combined and connected to the first output of the time counter, the control inputs are the first and third inputs of the processing unit, respectively, and the outputs are connected to the first inputs the first registers of the first and second groups, respectively, the second inputs of which are the second and fourth inputs of the processing unit, respectively, the first inputs of the first group of coincidence devices are combined and connected to the second output of the time counter, the second inputs are connected to the first outputs of the first n-th registers of the first group, respectively the third inputs of which are connected to the first outputs of the devices of matches of the first group, respectively, the first inputs of the devices of matches of the second group are combined and connected to the third output at the time counter, the second inputs are connected to the first outputs of the first n-th register of the second group, respectively, the third inputs of which are connected to the first outputs of the coincidence devices of the second group, respectively, the first inputs of the first n-th adder of each column of the matrix are combined and connected to the second output of the first n -th register of the first group, respectively, the second inputs of the first n-th adders of each row of the matrix are combined and connected to the second outputs of the first n-th register of the second group, respectively, the outputs of the first n-th sum The tors of each column of the matrix are connected to the first n-th inputs of the first n-th multi-bit switches, respectively, to the (n + 1) -th inputs of which are connected the second outputs of the coincidence devices of the first group, respectively, the outputs of the multi-bit switches are combined and connected to the input of the first delay block, the output of which is the first output of the processing unit, the second outputs of the coincidence devices of the second group are combined and connected to the input of the second delay unit, the output of which is the second output of the processing unit. 12. Ответчик по пп. 9 11, отличающийся тем, что в него введены первый и второй блоки формирования и управления диаграммой направленности антенны, входы которых соединены с третьим выходом шифратора, а выходы с управляющими входами первой и второй антенн соответственно. 12. The defendant in paragraphs 9 to 11, characterized in that it introduced the first and second blocks of formation and control of the antenna pattern, the inputs of which are connected to the third output of the encoder, and the outputs with the control inputs of the first and second antennas, respectively.

Images