RU2536609C1 - Способ и устройство определения координат источника радиоизлучения - Google Patents

Abstract

Изобретения относятся к радиотехнике и могут быть использованы для определения местоположения источника радиоизлучения (ИРИ) с летно-подъемного средства (ЛПС) угломерно-дальномерным способом. Достигаемый технический результат - повышение точности местоопределения ИРИ при незначительном возрастании временных затрат. Технический результат достигается благодаря дополнительному измерению угла места на ИРИ и полному учету пространственной ориентации ЛПС. Данный подход позволил перейти от «расчета всех возможных значений корреляции и применения их при формировании элементов матрицы измерений», каждый из которых соответствует определенной элементарной зоне привязки, на подход «расчет значений корреляций для каждой элементарной зоны привязки». Устройство определения координат ИРИ, реализующее способ, содержит блок определения пространственных параметров, первый, второй, третий, четвертый и пятый вычислители-формирователи, первый и второй блоки памяти, радионавигатор, устройство угловой ориентации, блок измерения первичных пространственно-информационных параметров, генератор синхроимпульсов, блок оценивания, блок определения координат и блок индикации, определенным образом соединенные между собой. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

Заявляемые объекты объединены одним изобретательским замыслом, относятся к радиотехнике и могут быть использованы в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения априорно неизвестного источника радиоизлучения.

Известен способ, реализованный в подвижном радиопеленгаторе, описанном в Пат. РФ №2124222, МПК G01S 13/46, опубл. 27.12.1998 г. Он включает прием сигналов источников радиоизлучений (ИРИ) в заданной полосе частот ΔF перемещающимся в пространстве пеленгатором, измерение первичных пространственно-информационных параметров (ППИП) обнаруженных сигналов с одновременным измерением вторичных параметров: времени измерения ППИП, координат местоположения и ориентации (в азимутальной плоскости) антенной решетки подвижного пеленгатора, преобразование ППИП в пространственные параметры: азимутальный угол θ, θ=0, 1, …, 360° и угол места β, β=0, 1, …, 90°. Способ-аналог позволяет определять параметры криволинейных траекторий перемещения объектов.

Однако аналог обладает недостаточной точностью измерения координат ИРИ в силу того, что в нем реализована двухэтапная обработка результатов измерений. На первом этапе в каждой j-й точке, j=1, 2, …, J, измеряют пространственные параметры θ_j, β_j, которые на втором этапе используют для вычисления местоположения ИРИ. В книге (Кондратьев В.И. и др. Многопозиционные радиотехнические системы / В.С. Кондратьев, А.Ф. Котов, Л.Н. Марков; Под ред. проф. В.В. Цветнова. - М.: Радио и связь, 1989 г., - 264 с.) показано, что системы с двухэтажной обработкой дают худшие результаты, чем при оптимальной одноэтажной обработке (см. там же, стр.13).

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является способ определения координат ИРИ, описанный в Пат. РФ №2283505, МПК G01S 13/46, опубл. 10.09.2006 г., бюл. №25. На подготовительном этапе прототип включает вычисление количества N=S/S₀ элементарных зон привязки, где S и S₀ - соответственно площади зоны контроля и элементарной зоны привязки, присвоение каждой элементарной зоне привязки порядкового номера n, n=1, 2, …, N, определение координат местоположения центров элементарных зон привязки {X,Y}_n, расчет и запоминание эталонных значений ППИП на выходах A_m,l-ных антенных элементов, где m,l=1, 2, …, M, m≠l, M>2, относительно направлений прихода тестирующего сигнала с дискретностью Δθ_k, где k=1, 2, …, K; К·Δθ_k=2π; причем ППИП рассчитывают для средних частот f_ν=Δf(2V-1)/2, где V=1, 2, …, P; P=ΔF/Δf - число частотных поддиапазонов, Δf∈ΔF ширина частотного поддиапазона, в процессе работы при обнаружении сигнала ИРИ на частоте f_ν включает измерение ППИП на выходах A_m,l-ных антенных элементов (АЭ) решетки с одновременным измерением вторичных параметров: координат местоположения пеленгатора и азимутальной ориентации его антенной решетки, вычисление для каждого направления в горизонтальной плоскости от -π до +π с дискретностью Δθ_k разности между эталонными и измеренными значениями ППИП, возведение в квадрат полученных разностей и их суммирование, запоминание результатов вычислений Φ_θ,j(f_ν) совместно со значениями вторичных параметров, последовательный сдвиг в азимутальной плоскости совокупности сумм Φ_θ,j(f_ν) на величину склонения антенной решетки пеленгатора Δθ_j,скл=iΔθ_k, где i=1, 2, …, I; I·Δθ_k=2π; относительно направления на север, запоминание скорректированной последовательности сумм Φ_θ,j,скл(f_ν), приведение в соответствие каждой элементарной зоне привязки азимутального угла θ_j,n, значение которого определяется углом между направлениями: координаты пеленгатора в j-й точке - север и пеленгаторов j-й точке - центр j-ой элементарной зоны привязки, формирование матрицы измерений R_j(θ_c,n)_ν, размерность которой определяется размерами зоны контроля и элементарной зоны привязки, путем записи в ее элементы r_j,k,n значений скорректированных сумм Φ_θ,j,скл(f_ν), соответствующих углам θ_j,n, запоминание матрицы R_j(θ_c,n)_ν, сложение элементов r_j,k,n матрицы R_j(θ_c,n)_ν, с соответствующими элементами r_j-1,k,n предшествующей матрицы R_j-1(θ_c,n)_ν, присвоение суммарной матрице имени R_j(θ_c,n)_ν определение после выполнения J измерений ППИП минимальной суммы Φ_n(f_ν) в элементах матрицы измерений R_J(θ_c,n)_ν, принятие координат местоположения центра элементарной зоны привязки {X, Y}_n, соответствующие

minΦ_n(f_ν) за координаты местоположения обнаруженного ИРИ.

Способ-прототип позволяет повысить точность определения координат ИРИ в сложной сигнально-помеховой обстановке. Положительный эффект достигается благодаря реализации одноэтапной обработки результатов измерений, а следовательно, более полному учету информации о поле сигнала в точках его приема.

Однако прототип обладает недостатками, ограничивающими его применение. К их числу можно отнести:

ограниченную доступность сигналов ИРИ в УКВ-СВЧ-диапазонах частот в силу особенностей их распространения (пеленгаторная антенна находится недалеко от поверхности земли на борту пеленгатора на автомобильной базе);

отсутствие учета углов тангажа и крена относительно горизонта на стоянках и при перемещениях пеленгатора;

при рассмотрении зоны контроля использована плоская модель ее описания, что в большинстве случаев не соответствует действительности.

Известно подвижное устройство определения координат ИРИ по Пат. РФ №2124222, G01S 13/46, опубл. 27.12.1998 г. Аналог содержит устройство формирования пеленгов, вычислитель-формирователь, запоминающее устройство, блок решения системы линейных алгебраических уравнений, блок оценивания, блок определения координат, устройство навигации, генератор синхроимпульсов и устройство отображения с соответствующими связями.

Аналог позволяет определять параметры криволинейных траекторий движения объектов.

Однако устройство-аналог обладает низкой точностью измерения координат ИРИ в силу того, что в нем реализована двухэтапная обработка результатов измерений.

Наиболее близким по своей техникой сущности к заявляемому устройству определения координат источника радиоизлучения является устройство по пат. РФ №2283505 "Способ и устройство определения координат источника радиоизлучения", МПК G01S 13/46, опубл. 10.09.2006 г., бюл. №25.

Устройство-прототип состоит из блока измерения ППИП, радионавигатора, регистра сдвига, первого, второго, третьего и четвертого блоков памяти, первого сумматора, первого и второго вычислителей-формирователей, блока оценивания, первой, второй и третьей установочных шин и выходной шины, блока определения координат, блока индикации, счетчика импульсов, генератора синхроимпульсов, выход которого соединен со входом управления первого запоминающего устройства. Группа информационных входов первого блока памяти соединена с группой информационных выходов первого вычислителя-формирователя, первая группа информационных входов которого соединена с первой группой выходов радионавигатора. Последовательно соединены блок оценивания, блок определения координат и блок индикации, группа информационных выходов которого является выходной шиной устройства определения координат ИРИ. Группа информационных входов блока измерения ППИП является первой установочной шиной устройства определения координат ИРИ, а группа информационных выходов соединена с группой информационных входов регистра сдвига. Вход управления регистра сдвига соединен со вторым выходом радионавигатора. Вторая группа информационных входов первого вычислителя-формирователя является второй установочной шиной устройства определения координат ИРИ, а группа информационных выходов регистра сдвига соединена с группой информационных входов второго блока памяти. Группа адресных входов второго блока памяти соединена с группой информационных выходов первого блока памяти, а группа информационных выходов соединена с группой информационных входов второго вычислителя-формирователя. Группа адресных входов второго вычислителя-формирователя объединена с группой адресных входов первого блока памяти и группой информационных выходов счетчика импульсов. Вторая группа информационных входов первого сумматора объединена с группой информационных входов блока оценивания и группой информационных выходов четвертого блока памяти. Группа информационных входов третьего блока памяти соединена с группой информационных выходов первого сумматора, первая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов третьего блока памяти. Группа информационных входов третьего блока памяти соединена с группой информационных выходов второго вычислителя-формирователя, вход синхронизации которого объединен с тактовыми входами блока измерения ППИП, первого вычислителя-формирователя, первого сумматора, блока оценивания, входами управления второго, третьего и четвертого блоков памяти, счетным входом счетчика импульсов и выходом генератора тактовых импульсов. Вторая группа информационных входов блока определения координат является третьей установочной шиной устройства определения координат ИРИ.

Устройство-прототип позволяет повысить точность определения координат ИРИ в сложной сигнально-помеховой обстановке. Положительный эффект достигается благодаря реализации одноэтапной обработки результатов измерений, а следовательно, более полному учету информации о поле сигнала в точках его приема.

Однако прототип обладает недостатками, ограничивающими его применение. На стоянках и при перемещении пеленгатора, базирующегося на автомобильном шасси, учитывается лишь склонение его антенной системы. Отсутствие учета углов тангажа и крена относительно горизонта эквивалентно в данной ситуации искажению пространственного описания антенной системы (изменению расстояний между АЭ), что влечет за собой ошибки измерений. Кроме того, в прототипе при рассмотрении зоны контроля используется плоская модель ее описания, что во многих случаях не соответствует действительности. Последнее обстоятельство (наличие пересеченной местности, гор и т.д.) приводит к ошибкам измерений. Дополнительно следует отметить, что наличие городской застройки, пересеченной местности, леса и т.д. существенно ограничивает доступность сигналов ИРИ УКВ-СВЧ-диапазонов для пеленгаторов на автомобильной базе.

Целью заявляемых технических решений является разработка способа и устройства определения координат ИРИ, обеспечивающих повышение доступности сигналов ИРИ УКВ-СВЧ-диапазонов частот и точности их местоопределения благодаря размещению пеленгатора на летно-подъемном средстве (ЛПС), учету полной пространственной его ориентации и оптимизации алгоритма расчета направлений прихода сигнала, учитывающего его угломестную составляющую.

В заявляемом способе поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения координат источника радиоизлучения, состоящего в том, что на подготовительном этапе вычисляют количество N=S/S₀ элементарных зон привязки, где S и S₀ - соответственно площади зоны контроля и элементарной зоны привязки, присваивают каждой элементарной зоне привязки порядковый номер n, n=1, 2, …, N, определяют координаты местоположения центров элементарных зон привязки

{X, Y}_n, рассчитывают и запоминают эталонные значения первичных пространственно-информационных параметров (ППИП) на выходах A_m,l-ных антенных элементов, где m,l=1, 2, …, M, m≠l, M>2, относительно направлений прихода тестирующего сигнала {θ_k}, с дискретностью Δθ_k в азимутальной плоскости, где k=1, 2, …, K; К·Δθ_k=2π, определяемой заданной точностью измерения координат ИРИ {ΔX, ΔY}, причем эталонные значения ППИП рассчитывают для средних частот f_ν=Δf(2V-1)/2, где V=1, 2, …, P; P=ΔF/Δf - число частотных поддиапазонов, Δf∈ΔF - ширина частотного поддиапазона, а в процессе работы при обнаружении пеленгатором в точке j, j=1, 2, …, J, сигнала ИРИ на частоте f_ν измеряют и запоминают ППИП на выходах A_m,l-x антенных элементов решетки, с одновременным измерением и запоминанием вторичных параметров: координат местоположения пеленгатора и его азимутальной ориентации, формируют матрицу измерений R_j(θ_c,n)_ν, размерность которой определяется размерами зоны контроля и элементарной зоны привязки, складывают элементы r_j,c,n матрицы R_j(θ_c,n)_ν, соответствующими элементами r_j-1,c,n предшествующей матрицы R_j-1(θ_c,n)_ν, присваивают суммарной матрице имя R_j(θ_c,n)_ν, после выполнения J измерений ППИП определяют минимальную сумму Φ_n(f_ν) в элементах матрицы измерений R_j(θ_c,n)_ν, а за координаты местоположения обнаруженного ИРИ принимают координаты местоположения центра элементарной зоны привязки {X, Y}_n, соответствующие minΦ_n(f_ν).

Дополнительно рассчитывают эталонные значения ППИП $$\left\{{\hat{\theta }}_k\right\}$$

для углов места β_γ прихода сигнала $${\hat{\theta }}_k=({\theta }_k,{\beta }_{\gamma })$$

, γ=1, 2, …, Г; с дискретностью Δβ_γ, Δβ_γ·Г=π, в системе координат антенной системы.

При формировании матрицы измерений R_j(θ_c,n)_ν каждой элементарной зоне привязки приводят в соответствие направление прихода сигнала $${\hat{\theta }}_{c,j,n}$$

, $${\hat{\theta }}_{c,j,n}={({\theta }_{j,n},{\beta }_{j,n})}_c$$

, значение которого определяется координатами центра n-ой элементарной зоны привязки, координатами летно-подъемного средства j-ой точке: широтой B_{lps j}, долготой L_{lps j} и высотой H_{lps j}, углами ориентации ЛПС: крена K_{lps j}, тангажа τ_{lps j} и склонения ζ_{lps j}, а также углами ориентации антенны пеленгатора относительно борта ЛПС: крена k_ant, тангажа τ_ant и склонения ζ_ant. Каждому n-му направлению прихода сигнала $${\hat{\theta }}_{c,j,n}$$

ставят в соответствие эталонное значение ППИП $${\hat{\theta }}_{k,\gamma ,n}$$

из набора $$\left\{{\hat{\theta }}_{k,\gamma ,n}\right\}$$

. Вычисляют разность между эталонными и измеренными значениями ППИП. Полученные разности возводят в квадрат и суммируют. На основе результатов вычислений формируют матрицу измерений $$R_j\left({\hat{\theta }}_{c,n}\right)$$

, размерность которой определяется размерами зоны контроля и элементарной зоны привязки, путем записи в ее элементы r_j,c,n соответствующих значений сумм Φ_n(f_ν).

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе за счет более полного учета пространственной ориентации антенны пеленгатора и использованию трехмерной технологии описания сигналов, а также размещению измерителя на борту летно-подъемного средства обеспечивается повышение доступности сигналов УКВ-СВЧ-диапазонов и точности местоопределения ИРИ.

В заявляемом устройстве определения координат источника радиоизлучения поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве определения координат источника радиоизлучения, включающем последовательно соединенные блок оценивания, блок определения координат и блок индикации, группа информационных выходов которого является выходной шиной устройства, а вторая группа информационных входов блока определения координат является третьей установочной шиной устройства, блок измерения первичных пространственно-информационных параметров, последовательно соединенные первый вычислитель-формирователь и второй вычислитель-формирователь, и первый блок памяти, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов второго вычислителя-формирователя, второй блок памяти, радионавигатор, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов первого вычислителя-формирователя, генератор синхроимпульсов, выход которого соединен со входами синхронизации блока измерения ППИП, первого и второго вычислителей-формирователей, первого и второго блоков памяти, и блока оценивания, дополнительно введены последовательно соединенные третий вычислитель-формирователь, предназначенный для вычисления в нормальной системе координат истинного вектора направления $${\overrightarrow{V}}_{n_j}^{+}={\left(X_n^{+},Y_n^{+},Z_n^{+}\right)}_j$$

на центр n-ой элементарной зоны привязки с учетом измеренных в момент времени t_j пространственных углов пеленгатора, где n=1, 2, …, N, и четвертый вычислитель-формирователь, предназначенный для вычисления значений азимутального угла θ_n и угла места β_n на центр n-ой элементарной зоны привязки, где n=1, 2, …, N, группа информационных выходов которого соединена с группой адресных входов второго блока памяти, группа информационных выходов которого соединена с первой группой информационных входов пятого вычислителя-формирователя, предназначенного для вычисления значений функции корреляции Φ_n(f_ν) и формирования матрицы измерений R_j(θ_c,n)_ν, вторая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока измерения ППИП, третья группа информационных входов является шестой установочной шиной устройства, а группа информационных выходов соединена с группой информационных входов блока оценивания, а группа информационных входов третьего вычислителя-формирователя соединена с группой информационных выходов второго вычислителя-формирователя, блок определения пространственных параметров, предназначенный для нахождения предварительного направления $$\left\{{\theta }_n^{\text{'}},{\beta }_n^{\text{'}}\right\}$$

на центр n-ой элементарной зоны привязки, n=1, 2, …, N, первая группа информационных входов которого является первой установочной шиной устройства, а группа информационных выходов соединена с первой группой информационных входов первого вычислителя-формирователя, устройство угловой ориентации, первая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов радионавигатора, второй группой информационных входов блока определения пространственных параметров и второй группой информационных входов третьего вычислителя-формирователя, вторая группа информационных входов является пятой установочной шиной устройства, а группа информационных выходов соединена с третьей группой информационных входов третьего вычислителя-формирователя, группа информационных входов первого блока памяти является четвертой установочной шиной устройства, входы синхронизации блока определения пространственных параметров, третьего, четвертого и пятого вычислителей-формирователей и устройства угловой ориентации объединены и соединены с выходом генератора синхроимпульсов, а группа информационных входов второго блока памяти является второй установочной шиной устройства.

При этом первый вычислитель-формирователь предназначен для перевода пространственных параметров летно-подъемного средства $${\overrightarrow{V}}_{lps}={\left(B_{lps},L_{lps},H_{lps}\right)}_j$$

в геоцентрическую систему координат $${\overrightarrow{V}}_{lp{s}_j}={\left(X_{lps},Y_{lps},Z_{lps}\right)}_j$$

, а вектора направления с борта ЛПС на n-ую элементарную зону привязки $$\overrightarrow{V}={\left({\theta }_n^{\text{'}},{\beta }_n^{\text{'}}\right)}_j$$

, где n=1, 2, …, N, в левостороннюю систему декартовых координат $${\overrightarrow{V}}_{n_j}={\left(X_n,Y_n,Z_n\right)}_j$$

.

Второй вычислитель-формирователь предназначен для коррекции вектора направления на центр n-ой зоны привязки $${\overrightarrow{V}}_{n_j}$$

, n=1, 2, …, N, с учетом априорно известной ориентации антенной системы пеленгатора $${\overrightarrow{V}}_{{}_{n_j}}^{\text{'}}={\left(X_n^{\text{'}},Y_n^{\text{'}},Z_n^{\text{'}}\right)}_j$$

относительно борта транспортного средства.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что вводятся новые элементы и связи, позволяет достичь цели изобретения: повысить точность местоопределения ИРИ УКВ-СВЧ-диапазонах частот, а благодаря размещению измерителя на ЛПС - увеличить их доступность.

Заявляемые объекты поясняются чертежами, на которых показаны:

на фиг.1 - иллюстрации, объясняющие:

а) причину искажения пространственного описания антенной решетки (расстояния между фазовыми центрами АЭ в горизонтальной плоскости) при различных углах ее наклона;

б) природу возникновения ошибки местоопределения ИРИ в условиях пересеченной местности;

на фиг.2 - показан порядок выполняемых операций:

а) разбиения зоны контроля на элементарные зоны привязки;

б) формирования векторов направления $${\overrightarrow{V}}_{n_j}$$

, на элементарные зоны

привязки;

на фиг.3 - обобщенный алгоритм определения координат ИРИ;

на фиг.4 - алгоритм расчета направления прихода сигнала;

на фиг.5 - обобщенная структурная схема устройства определения координат ИРИ;

на фиг.6 - порядок формирования массива эталонных ППИП;

на фиг.7 - порядок формирования массива измеренных ППИП;

на фиг.8 - обобщенный алгоритм определения предварительного направления на центры элементарных зон привязки в системе координат антенной системы;

на фиг.9 - обобщенный алгоритм определения истинного направления на центры элементарных зон привязки в системе координат антенной системы;

на фиг.10 - обобщенный алгоритм работы пятого вычислителя-формирователя;

на фиг.11 - структурная схема блока измерения первичных пространственно-информационных параметров.

Сущность изобретения состоит в следующем. В прототипе для каждой точки измерений j формируют набор значений корреляции на все направления в азимутальной плоскости (см. фиг.26). Далее эти значения вносятся в каждую ячейку памяти в соответствии с номерами элементарных зон привязки. Такой подход оправдан в связи с тем, что размерность этого набора существенно меньше количества элементарных зон привязки N, а расчет значения функции корреляции существенно дольше сопоставления элементарной зоне n, n=1, 2, …, N, конкретного направления.

В предлагаемых способе и устройстве для повышения точности определения координат ИРИ с ЛПС используют два параметра: азимут θ_k и угол места β_γ прихода сигнала. В результате размерность набора участвующих в процессе измерений значений корреляции в соответствии с алгоритмом прототипа возрастает в квадрате. Поэтому становится нецелесообразным выполнять расчет всех возможных корреляций для каждого измерения.

Проиллюстрируем вышесказанное. Рассмотрим зону контроля 100×100 элементарных зон привязки, в которой оценивание будет осуществляться с шагом по азимутальному углу θ_k и углу места β_γ в один градус. Последнее продиктовано не только заданной точностью измерений, но и тем фактом, что между соседними зонами и соседними направлениями функцию корреляции можно приближать самым быстрым способом - линейной или квадратичной интерполяцией. При таких условиях в прототипе необходимо выполнить 360 расчетов значений корреляции. Получивший дальнейшее развитие данный подход до оценивания в объеме (Пат. РФ 2327186) потребует 360×180=64800 вычислений. В предлагаемых способе и устройстве для каждой элементарной зоны привязки рассчитывают направление на нее с пеленгатора и далее значение функции корреляции, что позволяет сократить количество вычислений до 100×100=10000.

Большинство современных способов и устройств определения координат ИРИ базируется на следующих носителях: человек, автотранспорт различных классов, корабль, БЛА, вертолет, самолет, искусственных спутник Земли. Все они предназначены для решения определенного класса задач и имеют свои достоинства и недостатки. Способ-прототип базируется на использовании автотранспортного носителя пеленгатора. В связи с этим в качестве его основного недостатка выступает низкий уровень доступности сигналов УКВ-СВЧ-диапазонов частот в силу особенностей их распространения. Кроме того, боковые наклоны антенной решетки в процессе движения пеленгатора приводит к ошибкам измерений из-за изменения расстояния между фазовыми центрами АЭ в горизонтальной плоскости (см. фиг.1, а). Иначе данную ситуацию можно рассматривать как неучтенное измерение расстояния от АЭ до ИРИ. Дополнительный вклад в погрешности измерений вносит представление заданного района измерений в виде плоскости, что часто не соответствует действительности. В результате имеют место искажения расстояния от АЭ до ИРИ (см. фиг.1, б).

В предлагаемых способе и устройстве устраняются названные недостатки прототипа. Для обеспечения доступности сигналов УКВ-СВЧ-диапазонов предлагается разместить пеленгатор на ЛПС, например на беспилотном летательном аппарате (БЛА) «Орлан-10», выпускаемом ООО «СТЦ», Санкт-Петербург. Высокая точность определения собственного местоположения обеспечивается с помощью глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) (см. B.C. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н.В. Иванцевич и др. Спутниковые радионавигационные системы / Под ред. В.С. Шебшаевича. - М.: Радио и связь, 1993, стр.261-275). Однако кроме информации о собственном местоположении ЛПС и направлении его перемещения при решении задач определения местоположения ИРИ необходимо знание его пространственной ориентации: крена k_{lps j}, тангажа τ_{lps j} и курсового угла α_lps (угла сноса или склонения ζ_{lps j}), где

ζ_{lps j}=µ_{lps j}-α_{lps j}, µ_{lps j} - значение путевого угла в j-й точке БЛА. Эту информацию возможно получить с помощью известных устройств (см. Пат. РФ №2374659, МПК 7 60137/00, опубл. 27.11.2009 г., бюл. №33. Способ и устройство угловой ориентации летательных аппаратов; Пат. РФ №2371733, МПК 7 60135/0, опубл. 27.10.2009 г., бюл. №30. Способ определения ориентации летательных аппаратов).

Реализация заявляемого способа поясняется следующим образом (см. фиг.3 и 4). На подготовительном этапе по аналогии с прототипом заданную зону контроля S делят на элементарные зоны привязки S₀ (см. фиг.2). Размеры элементарной зоны привязки соответствуют предварительно заданной точности местоопределения ИРИ {ΔX, ΔY}. Далее находят географические координаты центров элементарных зон привязки {X, Y}_n и присваивают каждой из них порядковый номер n, n=1, 2, …, N. Полученная матрица элементарных зон привязки сохраняет свою актуальность только для конкретного района. В случае определения местоположения ИРИ в другом районе необходимо построить новую матрицу. Весь частотный диапазон ΔF делят на поддиапазоны, ширина которых Δf определяется шириной пропускания приемных трактатов пеленгатора или значениями стандартной сетки частот, используемых в современных радиосредствах. Для УВЧ-диапазона последняя составляет 25 кГц. Поддиапазоны, количество которых P=ΔF/Δf, также нумеруют: V=1, 2, …, P.

Далее рассчитывают эталонные значения ППИП для средних частот всех поддиапазонов f_ν=Δf(2V-1)/2. В качестве ППИП используют значения разности фаз сигналов Δφ_m,l, для всех возможных парных комбинаций антенных элементов в рамках антенной решетки пеленгатора. Порядок расчета эталонных ППИП известен (см. Пат. РФ №2327186, МПК 601913/46, опубл. 20.06.2008 г., бюл. №17). Вводят топологию антенной системы (АС), которая включает значения взаимных расстояний между АЭ. Величина погрешности измерений углов Δθ_k и Δβ_γ определяется из следующих соображений. Погрешности измерений параметров Δθ_k и Δβ_γ не должны приводить к ошибкам местоположения, превышающим площадь элементарной зоны привязки. В процессе расчета эталонных ППИП моделируют размещение эталонного источника поочередно вокруг антенной решетки пеленгатора с дискретностью Δθ_k и Δβ_γ, на удалении нескольких длин волн. При этом полагается, что фронт приходящей волны плоский. Для каждого из угловых параметров Δθ_k, k=1, 2, …K и Δβ_γ, γ=1, 2, …, Г, вычисляют значения разности фаз Δφ_m,l,эт(f_ν) для всех возможных комбинаций пар АЭ решетки и всех частотных поддиапазонов V:

где

- расстояние между плоскими фронтами в m-ном и l-ном антенных элементах, пришедших к решетке под углами Δθ_k в азимутальной и Δβ_γ в вертикальной плоскостях, m≠l; x_m, y_m, z_m и x_l, y_l, z_l - координаты m-го и l-го АЭ решетки, c - скорость света. В случае использования АС с плоским (горизонтальным) размещением АЭ (z_l=z_m) выражение (2) принимает вид

Полученные в результате измерений эталонные ППИП Δφ_m,l,эт(f_ν) оформляют в виде эталонного массива данных, вариант представления информации в котором показан на фиг.6.

Далее измеряют ориентацию АС пеленгатора в трех плоскостях, принятых в авиации как крена k_ant, тангажа l_ant и склонения ζ_ant {k_ant, l_ant, ζ_ant} относительно корпуса БЛА. Значения {k_ant, l_ant, ζ_ant} запоминают и в последующем используют для уточнения результатов измерения $${\theta }_j^{\text{'}}$$

и $${\beta }_j^{\text{'}}$$

.

Исходя из того, что эталонные значения Δφ_m,l,эт(f_ν) зависят только от частоты f_ν, направления $${\hat{\theta }}_k=({\theta }_k,{\beta }_k)$$

в системе координат антенны и геометрии антенной решетки и не зависят от маршрута полета, положения ориентации БЛА, то эти значения рассчитываются один раз перед началом работы.

При обнаружении одного или нескольких сигналов в точке j в заданной полосе частот ΔF формируют массив измеренных ППИП (см. фиг.7), структура представления информации в котором аналогична вышерассмотренной на фиг.6. Для этого на борту БЛА значения Δφ_m,l,изм(f_ν)_j, измеренные в точке j для всех сочетаний пар антенных элементов A_m,l всех частотных поддиапазонов, оформляют в массив измеренных ППИП.

Для очередного цикла оценивания j формируют текущую матрицу измерений $$R_j{\left({\hat{\theta }}_{c,n}\right)}_{\nu }$$

. Каждый из ее элементов r_j,c,n соответствует n-й элементарной зоне привязки. Нахождение элемента r_j,c,n матрицы $$R_j{\left({\hat{\theta }}_{c,n}\right)}_{\nu }$$

начинают с вычисления предполагаемого направления прихода сигнала из центра n-й зоны {X, Y}_n на ЛПС без учета углов ориентации (используют только координаты ЛПС (БЛА) и объекта). Вычисляют смещения центра n-й элементарной зоны привязки относительно ЛПС по трем координатам (в декартовой системе координат с ЛПС, находящимся в ее центре). Оси системы координат направлены следующим образом: по касательной к меридиану

dB_{n j}, по касательной к параллели dL_{n j} и по перпендикуляру к земной поверхности dH_{n j} в метрах:

где D_eq - длина экватора в метрах.

Зная указанные координаты, несложно определить предварительные (без учета ориентации ЛПС) значения азимута $${\theta }_{n,j}^{\text{'}}$$

и угла места $${\beta }_{n,j}^{\text{'}}$$

направления с ЛПС на центр элементарной зоны привязки путем перевода полученных результатов в сферическую систему координат

На следующем этапе на основе полученных результатов учитывают ориентацию ЛПС в пространстве путем последовательного перехода из одной системы координат в другую. С этой целью изначально на основе $${\theta }_{n,j}^{\text{'}}$$

и $${\beta }_{n,j}^{\text{'}}$$

формируют вектор $${\overrightarrow{V}}_{n,j}$$

в декартовой системе, удобный для применения матриц поворота на углы ориентации

Удобство применения вектора направления на центр n-й элементарной зоны привязки $${\overrightarrow{V}}_{n,j}$$

основывается на следующем. Во-первых, вычисление угла $${\beta }_{n,j}^{\text{'}}$$

возможно только в рассматриваемой системе координат, так как это фактически угол отклонения направления на центр n-й элементарной зоны привязки от горизонтальной плоскости в точке нахождения ЛПС. Во-вторых, в этой системе координат удобно решать задачу определения точки пересечения вектора направления на центр n-й элементарной зоны привязки с «круглой Землей» в силу того обстоятельства, что одна из осей системы координат направлена к центру Земли (см. Авиация: Энциклопедия. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1994 г.).

В результате перемножение этого вектора на шесть матриц поворота в определенном порядке (по количеству учитываемых углов) получают вектор $${\overrightarrow{V}}_{nj}^{+}$$

, соответствующий истинному направлению на центр n-й элементарной зоны привязки в системе координат антенной системы пеленгатора

где

φ - значение соответствующего пространственного параметра ЛПС.

Перевод полученных координат в сферическую систему координат позволяет получить искомые углы направления на центр n-й элементарной зоны привязки: азимут θ_n и угол места β_n

где

Аналогичные операции выполняют в отношении всех N элементарных зон привязки.

Далее для N полученных направлений и известной частоты f_ν выбирают эталонные значения ППИП Δφ_m,l,эт(f_ν). Это правомочно в связи с тем, что эталонные значения Δφ_m,l,эт(f_ν) и измеренные значения Δφ_m,l,изм(f_ν) рассчитаны в единой системе координат антенны. В связи с этим стало возможным нахождение функции корреляции между эталонными и измеренными значениями. С этой целью вычисляют разность между соответствующими эталонными и измеренными значениями ППИП, полученные разности возводят в квадрат и суммируют

На основе результатов вычислений формируют матрицу измерений $$R_j{\left({\hat{\theta }}_{c,n}\right)}_{\nu }$$

, размерность которой определяется размерами зоны контроля и элементарной зоны привязки, путем записи в ее элементы r_j,c,n соответствующих значений сумм Φ_n(f_ν).

На следующем этапе складывают содержимое элементов r_j,c,n матрицы $$R_j{\left({\hat{\theta }}_{c,n}\right)}_{\nu }$$

, с соответствующим содержимым элементов r_j-1,c,n предшествующей матрицы измерений $$R_{j-1}{\left({\hat{\theta }}_{c,n}\right)}_{\nu }$$

, которая была сформирована в результате измерений на предыдущей j-1 точке. Суммарной матрице присваивают имя $$R_j{\left({\hat{\theta }}_{c,n}\right)}_{\nu }$$

. После выполнения J измерений ППИП определяют минимальную сумму Φ_n(f_ν) в элементах результирующей матрицы измерений. Значение J определяется заданной точностью местоопределения ИРИ или длительностью его работы. Координаты местоположения центра элементарной зоны привязки {X, Y}_n, соответствующие minΦ_n(f_ν), принимают за координаты местоположения обнаруженного на частоте f_ν ИРИ.

Таким образом, одним из существенных различий между прототипом и заявляемым способом является смена подхода «расчет всех возможных значений корреляций и применение их для элементарных зон привязки» на подход «расчет значений корреляций для каждой элементарной зоны». Использование ЛПС (БЛА) в качестве транспортной базы позволяет обеспечить существенное улучшение доступности сигналов в УКВ-СВЧ-диапазонах частот, а полный учет пространственной ориентации пеленгатора в совокупности с учетом рельефа местности заданного района (использование параметра β_γ) позволяют повысить точность определения координат ИРИ. С другой стороны, при развитии способа-прототипа до измерений в пространстве (см. Пат. РФ 2327186), предлагаемый способ обеспечивает существенное сокращение временных затрат в 6-8 раз при прочих равных условиях.

Заявляемое устройство, показанное на фиг.5, состоит из последовательно соединенных блока определения пространственных параметров 2, первого вычислителя формирователя 3, второго вычислителя-формирователя 4, третьего вычислителя-формирователя 5, четвертого вычислителя-формирователя 6, второго блока памяти 7, пятого вычислителя-формирователя 8, блока оценивания 9, блока определения координат 10 и блока индикации 11, группа информационных выходов которого является выходной шиной 12 устройства, а первая группа информационных входов блока определения пространственных параметров 2 является первой установочной шиной 1 устройства, вторая группа информационных входов блока определения координат 10 является третьей установочной шиной 14 устройства, блока измерения первичных пространственно-информационных параметров 19, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов пятого вычислителя-формирователя 8, третья группа информационных входов которого является шестой установочной шиной 21 устройства, группа информационных входов второго блока памяти 7 является второй установочной шиной 13 устройства, устройство угловой ориентации 18, вторая группа информационных входов которого является пятой установочной шиной 20 устройства, а группа информационных выходов соединена с третьей группой информационных входов третьего вычислителя-формирователя 5, радионавигатора 17, группа информационных выходов которого соединена с первой группой информационных входов устройства угловой ориентации 18, второй группой информационных входов блока определения пространственных параметров 2, второй группой информационных входов первого вычислителя-формирователя 3 и второй группой информационных входов третьего вычислителя-формирователя 5, первого блока памяти 16, группа информационных входов которого является четвертой установочной шиной 15 устройства, а группа информационных выходов соединена со второй группой информационных входов второго вычислителя-формирователя 4, генератора синхроимпульсов 22, выход которого соединен со входами синхронизации блока определения пространственных параметров 2, первого 3, второго 4, третьего 5, четвертого 6 и пятого 8 вычислителей-формирователей, первого 16 и второго 7 блоков памяти, устройства угловой ориентации 18 и блока измерения первичных пространственно-информационных параметров 19.

Работа заявляемого устройства (см. фиг.5) осуществляется следующим образом. На подготовительном этапе зона контроля S разбивается на N элементарных зон привязки (см. фиг.2). Площадь зоны привязки S₀ определяется заданной точностью измерения координат ИРИ {ΔX, ΔY}. Определяют координаты местоположения центров элементарных зон привязки {X, Y)_n. Результаты вычислений (номера и координаты центров элементарных зон привязки) поступают на первую 1 и третью 14 установочные шины устройства соответственно. В блоках 2 и 10 они записываются в ячейки памяти, номера которых соответствуют номерам элементарных зон привязки.

На следующем этапе рассчитывают эталонные значения первичных пространственно-информационных параметров Δφ_m,l,эт(f_ν) для средних частот всех поддиапазонов f_ν=Δf(2V-1)/2. Данная операция начинается с пространственного описания антенной решетки пеленгатора (см. фиг.1). С этой целью измеряют взаимные расстояния между АЭ A_m,l. На их основе рассчитывают значения Δφ_m,l,эт(f_ν) по описанному выше алгоритму. При этом моделируют размещение эталонного источника поочередно вокруг АС измерителя с дискретностью Δθ и Δβ на удалении нескольких длин волн. Полученные значения Δφ_m,l,эт(f_ν) поступают на вход второго блока памяти 7 по второй установочной шине 13. Здесь осуществляется их запись по адресам в соответствии со значениями углов θ_k и β_γ. Реализация данной функции известна (аналогична устройству-прототипу на микроконтроллере K1810BM86) и в рамках этих материалов не рассматривается.

Далее уточняют ориентацию АС относительно борта ЛПС {k_ant, l_ant, ζ_ant}. Эти параметры в процессе полета ЛПС остаются неизменными. Поэтому результаты измерений по четвертой установочной шине 15 поступают на группу информационных входов первого блока памяти 16, где осуществляется их хранение в течение всего периода функционирования устройства.

В процессе работы устройства с помощью блока 19 (см. фиг.11) осуществляют поиск и обнаружение сигналов ИРИ в заданной полосе частот ΔF с последующим измерением ППИП Δφ_m,l(f_ν) для всех возможных сочетаний пар АЭ. Выполнение этой операции соответствует формированию массива измеренных ППИП Δφ_m,l,изм(f_ν). Найденные значения Δφ_m,l,изм(f_ν) поступают на вторую группу информационных входов пятого вычислителя-формирователя 8, где запоминаются в его буферной памяти. В то же время определяют местоположение ЛПС с помощью радионавигатора 17. Одновременно с помощью блока определения пространственных параметров 2 вычисляют предварительные направления с ЛПС на центры всех N элементарных зон привязки в соответствии с выражениями (4)-(8). Исходные данные для определения направлений $${\theta }_n^{\text{'}}$$

и $${\beta }_n^{\text{'}}$$

поступают по первой и второй группам информационных входов блоков 2 {B, L, H} и {B_lps, L_lps, H_lps}_n с первой установочной шиной 1 и радионавигатора 17 соответственно.

В блоке 2 результаты определения улов $${\theta }_n^{\text{'}}$$

и $${\beta }_n^{\text{'}}$$

получены без учета ориентации антенной системы пеленгатора относительно корпуса ЛПС и собственно его пространственной ориентации. Данный недостаток устраняется следующим образом. Значения углов $${\theta }_n^{\text{'}}$$

и $${\beta }_n^{\text{'}}$$

с группы информационных выходов блока 2 поступают на первую группу информационных входов первого вычислителя-формирователя 3. На второй группе его информационных входов присутствуют текущие значения пространственных параметров пеленгатора (ЛПС) $${\overrightarrow{V}}_{lps}={(B_{lps},L_{lps},H_{lps})}_j$$

, поступающие с выхода блока 17. В функции блока 3 входит перевод пространственных параметров пеленгатора $${\overrightarrow{V}}_{lps}$$

в геоцентрическую систему координат $${\overrightarrow{V}}_{lps}={(X_{lps},Y_{lps},Z_{lps})}_j$$

, а вектора направления на n-ую элементарную зону привязки $$\overrightarrow{V}={({\theta }_n^{\text{'}},{\beta }_n^{\text{'}})}_j$$

, где n=1, 2, …, N, в левостороннюю систему декартовых координат $${\overrightarrow{V}}_{n,j}={(X_n,Y_n,Z_n)}_j$$

в соответствии с выражениями (9).

Второй и третий вычислители 4 и 5 соответственно предназначены для последовательной реализации выражения (10).

Найденные в блоке 3 значения векторов $${\overrightarrow{V}}_{n,j}$$

поступают на первую группу информационных входов второго вычислителя-формирователя 4. На второй группе его информационных входов присутствуют измеренные на подготовительном этапе данные по взаимной пространственной ориентации ЛПС и АС пеленгатора (k_ant, l_ant, ζ_ant), поступающие с выхода первого блока памяти 16. В функцию блока 4 входит коррекция вектора направления на центр n-ой зоны привязки $${\overrightarrow{V}}_{n,j}$$

, n=1, 2, …, N, с учетом априорно известной ориентации антенной системы пеленгатора относительно борта ЛПС в соответствии с выражением

где

На следующем этапе в третьем вычислителе-формирователе 5 учитывают ориентацию ЛПС (пеленгатора) относительно земной поверхности и положение ЛПС в пространстве, что позволяет получить истинные направления на центры всех элементарных зон привязки $${\overrightarrow{V}}_{n,j}^{+}$$

С этой целью на первую группу информационных входов блока 5 поступают значения векторов $${\overrightarrow{V}}_{n,j}$$

с группы информационных выходов второго вычислителя-формирователя 4, на вторую группу информационных входов поступает текущее значение высоты ЛПС H_lps с группы информационных выходов радионавигатора 17, а на третью группу информационных входов - текущие значения пространственной ориентации ЛПС (k_lps, l_lps, ζ_lps) с группы информационных выходов устройства угловой ориентации 18.

В результате с помощью блоков 2-5, 16-18 в точке у определяют истинное направление от ЛПС на центры всех N элементарных зон привязки. В качестве следующего шага выступает перевод полученных векторов $${\overrightarrow{V}}_{n,j}^{+}$$

в сферическую систему координат для получения искомых углов направления θ_n,j и β_n,j в системе координат АС. Данную функцию выполняет четвертый вычислитель 6 в соответствии с выражением (12), на группу информационных входов которого поступают значения векторов $${\overrightarrow{V}}_{n,j}^{+}$$

с группы информационных выходов блока 5.

Найденные значения θ_n,j и β_n,j для всех N элементарных зон привязки поступают на адресные входы второго блока памяти 7. В соответствии с этими адресами из блока 7 изымаются эталонные значения ППИП Δφ_m,l,эт(f_ν), хранящиеся в нем. Последние поступают на первую группу информационных входов пятого вычислителя-формирователя 8, на второй группе информационных входов которого присутствуют измеренные значения ППИП Δφ_m,l,изм(f_ν)_j. В функции блока 8 входит нахождение функции корреляции между эталонными и измеренными значениями ППИП в соответствии с (12) и формирование на их основе матрицы измерений $$R_j{\left({\hat{\theta }}_{c,n}\right)}_{\nu }$$

. При этом размерность матрицы $$R_j{\left({\hat{\theta }}_{c,n}\right)}_{\nu }$$

определяется размерами зоны контроля и элементарной зоны привязки. Кроме того, в блоке 8 осуществляется сложение элементов матрицы r_j,c,n с соответствующими элементами предшествующей матрицы $$R_{j-1}{\left({\hat{\theta }}_{c,n}\right)}_{\nu }$$

, хранящейся в буферной памяти блока 8. При завершении операции сложения результаты вычислений переписываются обратно в буферную память.

После выполнения J аналогичных итераций значение сформированной матрицы измерений $$R_j{\left({\hat{\theta }}_{c,n}\right)}_{\nu }$$

поступает на группу информационных входов блока оценивания 9. В функции блока 9 входит определение элемента r_j,c,n матрицы измерений $$R_j{\left({\hat{\theta }}_{c,n}\right)}_{\nu }$$

, в которой записана минимальная сумма Φ_n(f_ν). На выходе блока 9 формируется код числа r_j,c,n, соответствующий номеру элемента матрицы измерения $$R_j{\left({\hat{\theta }}_{c,n}\right)}_{\nu }$$

, в котором содержится minΦ_n(f_ν). Данная кодовая комбинация соответствует номеру элементарной зоны привязки n с наиболее вероятным местоположением ИРИ.

Кодовая комбинация с группы информационных выходов блока 9 поступает на группу адресных входов блока определения координат 10. Последний, по аналогии с прототипом, представляет собой блок памяти, в котором в соответствии с номерами элементарных зон привязки (адресами) хранятся координаты их центров {X,Y}_n. С поступлением кодовой комбинации n на адресные входы блока 10 на его информационных выходах формируется сигнал с координатами местоположения ИРИ {X,Y}_n. Последние поступают на информационные входы блока индикации 11 для отображения результатов определения координат ИРИ и далее на выходную шину устройства 12. Синхронность выполнения рассмотренных выше операций обеспечивают импульсы генератора синхроимпульсов 22.

В устройстве, реализующем предложенный способ, используют известные элементы и блоки, описанные в научно-технической литературе.

Блоки 7, 9, 10, 11, 16, 17, 19 и 22 реализуют аналогично соответствующим блокам устройства-прототипа. Реализация блоков памяти 7 и 16 известна (см. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник / А.Ю. Горденов и др. - М.: Радио и связь, 1990, - 288 с.).

Блок 9 предназначен для определения номера ячейки буферной памяти блока 8 с минимальной суммой Φ_n(f_ν), соответствующей номеру элементарной зоны привязки, в которой наиболее вероятно нахождение ИРИ. Реализуется в соответствии с фиг.17 устройства-прототипа.

Блок определения координат 10 представляет собой перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство на основе микросхем серий КМ1809 или КМ558 (см. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник / А.Ю. Горденов и др. - М.: Радио и связь, 1990-288 с.). На подготовительном этапе по шине 14 осуществляют запись координат центров элементарных зон привязки {X,Y}_n в блок 10. При этом адреса ячеек памяти блока 10 совпадают с номерами элементарных зон привязки. В процессе работы заявляемого устройства на адресные входы блока 10 поступает код числа с номером элементарной зоны привязки, в которой наиболее вероятно размещение ИРИ.

В соответствии с данной кодовой комбинацией на выходе блока 10 формируется кодовая комбинация, соответствующая координатам элементарной зоны привязки {X,Y}_n.

Реализация блока индикации 1 известна и описана, например, в книге Быстров А.Ю. и др. Сто схем с индикаторами / Быстров А.Ю. и др. - М.: Радио и связь, 1990, - 112 с.; Пароль Н.В., Кайдалов С.А. Знакосинтезирующие индикаторы и их применение: Справочник - М.: Радиосвязь, 1998. - 128 с.

Реализация генератора синхроимпульсов 22 известна и широко освещена в литературе (см., например, Радиоприемные устройства: учебное пособие для радиотехн. Спец. ВУЗов / Ю.Т. Давыдов и др. - М.: Высшая школа, 1989, - 342 с.).

Радионавигатор 17 предназначен для измерения путевого угла µ_lps, широты B_lps, долготы L_lps и высоты H_lps в момент времени t_i нахождения ЛПС в пространстве (момент измерения параметров угловой ориентации ЛПС). Данная функция может быть реализована с помощью навигатора GPS (см. Garmin, GPS навигаторы 12, 12 XL, 12 СХ. Руководство пользователя www.jj.connect.ru).

Блок определения пространственных параметров 2, первый 3, второй 4, третий 5 и четвертый 6 вычислители-формирователи предназначены для предварительного определения направления ЛПС на центры элементарных зон привязки (блок 2) и последующего уточнения этого значения благодаря учету ориентации АС измерителя относительно борта ЛПС и собственно угловой ориентации ЛПС в пространстве. Каждый из названных блоков выполняет строго определенные в выражениях (4) - (11) операции, реализация которых известна. Для повышения быстродействия названные блоки могут быть реализованы на специализированном микропроцессоре TMS320c6416, что дополнительно позволит уменьшить массогабаритные характеристики и потребляемый ток (см. TMS320c6416 http://focus/ti/com/docs/prod/folders/print/TMS320c6416.html), алгоритм работы которых приведен на фиг.8 (блок 2) и фиг.9 (блоки 3-5).

Пятый вычислитель-формирователь 8 предназначен (по аналогии с блоком 9 устройства-прототипа) для формирования матрицы измерений $$R_j{\left({\hat{\theta }}_{c,n}\right)}_{\nu }$$

, размерность которой находится в строгом соответствии с разбиением заданной зоны контроля на элементарные зоны привязки. Названную операцию блок 8 выполняет соответственно с блоками 7 и 19. Дополнительно в функции блока 8 входит вычисление значений функций корреляции (элементов матрицы $$R_j{\left({\hat{\theta }}_{c,n}\right)}_{\nu }$$

) в соответствии с вычислением (12). Порядок выполнения этой операции аналогичен соответствующей операции в устройстве-прототипе (см. фиг.4. Пат. РФ 2283505).

В связи с массогабаритными ограничениями, ограничениями по потребляемой энергетике вследствие размещения оборудования на борту ЛПС целесообразно блок 8 реализовать на специализированном микропроцессоре TMS320c6414 совместно с блоками 2-7, алгоритм работы которого приведен на фиг.10.

Устройство угловой ориентации 18 предназначено для измерения пространственных параметров ЛПС: крена k_lps, тангажа l_lps и склонения ζ_lps. Реализация блока 18 известна, может быть выполнена в соответствии с Пат. РФ 2374659, МПК G01S 5/00, опубл. 27.11.2009 г., бюл. №33; Пат. РФ 2371733, МПК G01S 5/00, опубл. 27.10.2009 г., бюл. №30. Перед полетом или в процессе полета ЛПС по пятой установочной шине 20 задают оценочные значения скорости ветра U и его направление δ.

Блок измерения первичных пространственно-информационных параметров 19 предназначен для измерения ППИП, в качестве которых выступает разность фаз сигналов Δφ_m,l(f_ν) для всех возможных парных комбинаций АЭ в рамках АС пеленгатора. Содержит (см. фиг.11) последовательно соединенную антенную систему 23, антенный коммуникатор 24 (для двухканального исполнения блока 19), радиоприемное устройство 25, аналого-цифровой преобразователь 26, блок преобразования Фурье, блок вычисления разности фаз 28 и блок памяти 29. При двухканальном исполнении блока 19 блоки 25-28 имеют также двухканальное исполнение. При многоканальном исполнении блока 19 (количество каналов обработки сигналов соответствует количеству АЭ) необходимость в антенном коммутаторе 24 отпадает, а блоки 25-28 имеют соответствующую канальность. Блоки с 23 по 28 реализуются аналогично соответствующим блокам устройства-прототипа.

Claims (4)

1. Способ определения координат источника радиоизлучения (ИРИ), включающий на подготовительном этапе вычисление количества N=S/S₀ элементарных зон привязки, где S и S₀ - соответственно площади зоны контроля и элементарной зоны привязки, присвоение каждой элементарной зоне привязки порядкового номера n, n=1, 2, …, N, определение координат местоположения центров элементарных зон привязки {X,Y}_n, расчет и запоминание эталонных значений первичных пространственно-информационных параметров (ППИП) на выходах A_m,l-ных антенных элементов, где m,l=1, 2, …, M, m≠l, М>2, относительно направлений прихода тестирующего сигнала {θ_k} с дискретностью Δθ_k в азимутальной плоскости, где k=1, 2, …, K; K·Δθ_k=2π, определяемой заданной точностью измерения координат ИРИ {ΔX, ΔY}, причем эталонные значения ППИП рассчитывают для средних частот f_ν=Δf(2V-1)/2, где V=1, 2, …, P; P=ΔF/Δf - число частотных поддиапазонов, Δf∈ΔF - ширина частотного поддиапазона, а в процессе работы при обнаружении пеленгатором в точке j, j=1, 2, …, J, сигнала на частоте f_ν измеряют и запоминают ППИП на выходах A_m,l-х антенных элементов решетки с одновременным измерением и запоминанием вторичных параметров: координат местоположения пеленгатора и его азимутальной ориентацией, формирование матрицы измерений R_j(θ_c,n}_ν, размерность которой определяется размерами зоны контроля, и элементарной зоны привязки, сложение элементов r_j,c,n матрицы R_j(θ_c,n)_ν с соответствующими элементами r_j-1,c,n предшествующей матрицы R_j-1(θ_c,n)_ν, присвоение суммарной матрице имени R_j(θ_c,n)_ν, определение после J измерений ППИП минимальной суммы Φ_n(f_ν) в элементах матрицы измерений R_J(θ_c,n)_ν, а за координаты местоположения обнаруженного ИРИ принимают координаты центра элементарной зоны привязки {X,Y}_n, соответствующие minΦ_n(f_ν), отличающийся тем, что дополнительно рассчитывают эталонные значения ППИП $$\left\{{\hat{\theta }}_{k,\gamma }\right\}$$

для углов места β_γ прихода тестирующего сигнала $${\hat{\theta }}_{k,\gamma }=({\theta }_k,{\beta }_k)$$

, γ=1, 2, …, Г; с дискретностью Δβ_γ, Δβ_γ·Г=π, в системе координат антенной системы, а при формировании матрицы измерений R_j(θ_c,n)_ν каждой элементарной зоне привязки приводят в соответствие направление прихода сигнала $${\hat{\theta }}_{c,j,n}$$

, $${\hat{\theta }}_{c,j,n}=({\theta }_{j,n},{\beta }_{j,n})$$

, значение которого определяется координатами центра n-й элементарной зоны привязки, координатами летно-подъемного средства (ЛПС) в j-й точке: широтой B_{lps j}, долготой L_{lps j} и высотой H_{lps j}, углами ориентации ЛПС: крена K_{lps j}, тангажа τ_{lps j} и склонения ζ_{lps j}, а также углами ориентации антенны пеленгатора относительно борта ЛПС: крена k_ant, тангажа τ_ant и склонения ζ_ant; каждому n-му направлению прихода сигнала $${\hat{\theta }}_{c,j,n}$$

ставят в соответствие эталонные значения ППИП $${\hat{\theta }}_{k,\gamma }$$

из набора $$\left\{{\hat{\theta }}_{k,\gamma }\right\}$$

, вычисляют разность между эталонными и измеренными значения ППИП, полученные разности возводят в квадрат и суммируют, на основе результатов вычислений формируют матрицу измерений $$R_j{({\hat{\theta }}_{c,n})}_{\nu }$$

, размерность которой определяется размерами зоны контроля и элементарной зоны привязки, путем записи в ее элементы r_j,c,n соответствующих значений сумм
Φ_n(f_ν).

2. Устройство определения координат источника радиоизлучения (ИРИ), включающее последовательно соединенные блок оценивания, блок определения координат и блок индикации, группа информационных выходов которого является выходной шиной устройства, а вторая группа информационных входов блока определения координат является третьей установочной шиной устройства, блок измерения первичных пространственно-информационных параметров (ППИП), последовательно соединенные первый вычислитель-формирователь и второй вычислитель-формирователь, и первый блок памяти, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов второго вычислителя-формирователя, второй блок памяти, радионавигатор, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов первого вычислителя-формирователя, генератор синхроимпульсов, выход которого соединен со входами синхронизации блока измерения ППИП, первого и второго вычислителей-формирователей, первого и второго блоков памяти, отличающееся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные третий вычислитель-формирователь, предназначенный для вычисления в нормальной системе координат истинного вектора направления $${\overrightarrow{V}}_{n_j}^{+}={\left(X_n^{+},Y_n^{+},Z_n^{+}\right)}_j$$

на центр n-й элементарной зоны привязки с учетом измеренных в момент времени t_j пространственных углов антенной системы пеленгатора и четвертый вычислитель-формирователь, предназначенный для вычисления значений азимутального угла θ_n и угла места β_n, на центр n-й элементарной зоны привязки, где n=1, 2, …, N, группа информационных выходов которого соединена с группой адресных входов второго блока памяти, группа информационных выходов которого соединена с первой группой информационных входов пятого вычислителя-формирователя, предназначенного для вычисления значений функции корреляции Φ_n(f_ν) и формирования матрицы измерений R_j(θ_c,n)_ν, вторая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока измерения ППИП, третья группа информационных входов является шестой установочной шиной устройства, а группа информационных выходов соединена с группой информационных входов блока оценивания, группа информационных входов третьего вычислителя-формирователя соединена с группой информационных выходов второго вычислителя-формирователя, блок определения пространственных параметров, предназначенный для нахождения предварительного направления $$\left\{{\theta }_n^{\text{'}},{\beta }_n^{\text{'}}\right\}$$

на центр n-й элементарной зоны привязки, n=1, 2, …, N, первая группа информационных входов которого является первой установочной шиной устройства, а группа информационных выходов соединена с первой группой информационных входов первого вычислителя-формирователя, устройство угловой ориентации, первая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов радионавигатора, второй группой информационных входов блока определения пространственных параметров и второй группой информационных входов третьего вычислителя-формирователя, вторая группа информационных входов является пятой установочной шиной устройства, а группа информационных выходов соединена с третьей группой информационных входов третьего вычислителя-формирователя, группа информационных входов первого блока памяти является четвертой установочной шиной устройства, входы синхронизации блока определения пространственных параметров, третьего, четвертого и пятого вычислителей-формирователей и устройства угловой ориентации объединены и соединены с выходом генератора синхроимпульсов, а группа информационных входов второго блока памяти является второй установочной шиной устройства.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первый вычислитель-формирователь предназначен для перевода пространственных параметров летно-подъемного средства (ЛПС) $${\overrightarrow{V}}_{lps}={\left(B_{lps},L_{lps},H_{lps}\right)}_j$$

в геоцентрическую систему координат $${\overrightarrow{V}}_{lps}={\left(X_{lps},Y_{lps},Z_{lps}\right)}_j$$

, а вектора направления с борта ЛПС на n-ую элементарную зону привязки $$\overrightarrow{V}={\left({\theta }_n^{\text{'}},{\beta }_n^{\text{'}}\right)}_j$$

, где n=1, 2, …, N, в левостороннюю систему декартовых координат $${\overrightarrow{V}}_{n_j}={\left(X_n,Y_n,Z_n\right)}_j$$

.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что второй вычислитель-формирователь предназначен для коррекции вектора направления на центр n-й зоны привязки $${\overrightarrow{V}}_{n_j}$$

, n=1, 2, …, N, с учетом априорно известной ориентации антенной системы пеленгатора $${\overrightarrow{V}}_{n_j}={\left(X_n^{\text{'}},Y_n^{\text{'}},Z_n^{\text{'}}\right)}_j$$

относительно борта транспортного средства.

Images