RU2679890C1 - Способ определения местоположения абонентского терминала с помощью спутника-ретранслятора на низкой околоземной орбите - Google Patents

Способ определения местоположения абонентского терминала с помощью спутника-ретранслятора на низкой околоземной орбите Download PDF

Info

Publication number
RU2679890C1
RU2679890C1 RU2017135801A RU2017135801A RU2679890C1 RU 2679890 C1 RU2679890 C1 RU 2679890C1 RU 2017135801 A RU2017135801 A RU 2017135801A RU 2017135801 A RU2017135801 A RU 2017135801A RU 2679890 C1 RU2679890 C1 RU 2679890C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
time
coordinates
crm
iors
earth
Prior art date
Application number
RU2017135801A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Николаевич Агиевич
Андрей Валерьевич Ивашина
Андрей Владимирович Карузский
Александр Сергеевич Матюхин
Евгений Григорьевич Плужник
Владимир Витальевич Севидов
Original Assignee
федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации
Сергей Николаевич Агиевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации, Сергей Николаевич Агиевич filed Critical федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2017135801A priority Critical patent/RU2679890C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2679890C1 publication Critical patent/RU2679890C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/06—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/12—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves by co-ordinating position lines of different shape, e.g. hyperbolic, circular, elliptical or radial

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам определения местоположения источника радиоизлучения (ИРИ), и может быть использовано в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения абонентского терминала (AT) по радиосигналам, принятым от спутника-ретранслятора (CP) на низкой околоземной орбите. Технический результат состоит в повышении точности определения частотных сдвигов сигналов системы. Для этого способ основан на размещении комплекса радиоэлектронного мониторинга (КРМ) и М≥2 излучающих опорных реперных станций (ИОРС) на позициях с известными координатами, задании района ведения радиомониторинга (РВРМ), излучении с помощью аппаратуры КРМ и m-ми, где m=1…М, ИОРС тестовых радиосигналов в моменты времени t, где n=1…N, N≥3, приеме в КРМ указанных тестовых радиосигналов после их ретрансляции CP, определении канонических параметров CP в моменты времени t, выборе в качестве поверхности земли сферы с радиусом, рассчитываемым на основе средней широты РВРМ, и последующем определении местоположения AT на поверхности земли. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Способ относится к радиотехнике, а именно к способам определения местоположения источников радиоизлучения, и может быть использован для определения местоположения абонентского терминала спутниковой связи (AT) посредством приема и обработки их сигналов от спутника-ретранслятора на низкой околоземной орбите (CP).
Известен способ определения местоположения пользовательского терминала с использованием двух спутников-ретрансляторов [1]. Указанный способ заключается в том, что на основе измерений временных задержек и частотных сдвигов между переданными и принятыми тестовыми сигналами системы, с учетом известных координат первого и второго спутников-ретрансляторов CP1, СР2, векторов их скоростей
Figure 00000001
,
Figure 00000002
, координат узла межсетевого сопряжения (УМС) и предварительно заданных частот конвертирования
Figure 00000003
,
Figure 00000004
рабочих частот СР1 СР2, вычисляют широту ϕПТ и долготу λПТ пользовательского терминала (ПТ).
Для реализации указанного известного способа выполняют следующие этапы:
определяют расстояние
Figure 00000005
между первым CP1 и ПТ;
определяют расстояние
Figure 00000006
между вторым СР2 и ПТ;
измеряют модуль
Figure 00000007
, азимут αПТ вектора скорости пользовательского терминала и его высоту hПТ относительно земной поверхности;
вычисляют в УМС доплеровские сдвиги частот
Figure 00000008
и
Figure 00000009
первого и второго узкополосных тестовых сигналов, обусловленные радиальными скоростями ПТ относительно CP1 и СР2, для чего предварительно определяют вероятные местоположения ПТ с учетом известных координат CP1, СР2 и определенных параметров
Figure 00000010
и
Figure 00000011
;
определяют, по меньшей мере, один из параметров: радиальную скорость
Figure 00000012
перемещения первого CP1 относительно ПТ, и/или радиальную скорость
Figure 00000013
перемещения второго СР2 относительно ПТ, с учетом доплеровских сдвигов частот
Figure 00000014
и
Figure 00000015
;
вычисляют широту ϕПТ и долготу λПТ ПТ.
Недостатками способа определения местоположения ПТ с использованием двух спутников-ретрансляторов [1] являются:
длительное время определения координат ЗС, связанное с необходимостью проведения дополнительных измерений модуля, азимута вектора скорости ПТ и его высоты относительно земной поверхности,
необходимость ответной передачи тестовых сигналов с ПТ, чьи координаты необходимо определить в УМС через СР.
Известен способ определения местоположения земной станции спутниковой связи [2], заключающийся в том, что координаты земной станции (ЗС) определяют на основе анализа условий распространения радиоволн на трассе ЗС-СР. Падение уровня сигналов связывают с ослаблением при прохождении трассы ЗС-СР через области объемно распределенных гидрометеоров (ООРГ). Выявляют сходство замираний амплитуды между искомой и хотя бы одной из опорных ЗС.
Для реализации указанного известного способа выполняют следующие этапы:
принимают и измеряют параметров ретранслируемых сигналов земных станций (ЗС) спутниковой связи на станции спутникового радиоконтроля (ССРК), в дискретные моменты времени;
измеряют уровни ретранслируемых сигналов от одновременно работающих через CP опорных земных станций (ОЗС) спутниковой связи с известными географическими координатами и искомой ЗС;
регистрируют результаты измерений в виде последовательностей дискретных отсчетов, равных уровням сигналов;
с помощью визуального анализа этих зависимостей выявляют долговременные циклические повторения падения уровня сигналов на фоне короткоживущих высокочастотных компонентов;
связывают падение уровня сигналов с их ослаблением при прохождении трасс ЗС-СР через области ООРГ;
выявляют сходства падений уровней сигналов между искомой ЗС и хотя бы одной из ОЗС;
причиной данного сходства считают прохождение трасс ЗС-СР и ОЗС-СР через одну и ту же область ООРГ с ограниченным размером занимаемого пространства;
в качестве условия прохождения разных трасс ЗС-СР через ООРГ с такими характеристиками принимают территориальную близость ЗС и ОЗС;
определяют привязкой к географическим координатам выявленной ОЗС район наиболее вероятного местоположения искомой ЗС;
осуществляют окончательный поиск и локализацию искомой ЗС относительно выявленной ОЗС в радиусе горизонтальной протяженности проекции локальной однородной ООРГ на Землю.
К недостаткам способа определения местоположения земной станции спутниковой связи [2] относят:
длительное время определения координат ЗС, связанное с необходимостью многократного измерения уровней ретранслируемых сигналов ЗС и множества ОЗС, поиска вероятных ООРГ и взаимного сравнения результатов измерения;
высокую стоимость устройства, реализующего способ, обусловленную необходимостью размещения на борту навигационных CP дополнительных передатчиков, приемников, а также аппаратуры обработки информации.
Из известных способов наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого способа по технической сущности является способ определения местоположения с помощью одного спутника на низкой околоземной орбите [3]. Для реализации данного способа последовательно выполняют следующие этапы:
измеряют в AT частоту первого сигнала, принятого с узловой станции (УС) через CP;
посылают результат измерения частоты первого сигнала в УС;
передают второй сигнал с AT в УС через CP;
измеряют в УС частоту второго сигнала, принятого с AT через CP;
измеряют в узловой станции задержку при двойном прохождении сигнала, переданного с УС в AT через CP и переданного повторно с AT в УС через CP;
определяют параметр дальности - расстояние между CP и AT;
осуществляют деление частоты первого сигнала на номинальную частоту первого сигнала для получения первого отношения, деление частоты второго сигнала на номинальную частоту второго сигнала для получения второго отношения, и умножение суммы первого и второго отношений на половину скорости света;
определяют параметр скорости изменения дальности - радиальную скорость между CP и AT;
определяют местоположение AT на поверхности Земли на основании известных положения и скорости CP, упомянутых параметра дальности и параметра скорости изменения дальности.
Недостатками способа прототипа являются:
относительно невысокая точность определения координат AT;
необходимость ответной передачи тестовых сигналов с AT, чьи координаты необходимо определить в КРМ через СР.
Целью изобретения является разработка способа определения местоположения AT с помощью CP на низкой околоземной орбите, обеспечивающего более высокую точность определения координат AT за счет более точного определения частотных сдвигов сигналов системы и одновременно исключающего необходимость ответной передачи тестовых сигналов с AT.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения местоположения AT с помощью CP на низкой околоземной орбите включающим: размещение КРМ, содержащего приемную и передающую аппаратуру, на позиции с известными координатами xK, yK, zK, выбор в качестве объекта радиоэлектронного мониторинга CP с известным номиналом частоты конвертирования ƒG, излучение с помощью аппаратуры КРМ тестового радиосигнала с номиналом средней частоты (НСЧ)
Figure 00000016
в направлении на CP в момент времени t1, измерение в КРМ НСЧ радиосигнала
Figure 00000017
, принятого от AT через CP в момент времени t1, вычисление местоположения AT на поверхности земли на основании известных координат КРМ xK, yK, zK, номинала частоты конвертирования /с, запомненных НСЧ
Figure 00000018
и
Figure 00000019
переданного тестового радиосигнала и принятого от AT через CP радиосигнала в момент времени t1, дополнительно устанавливают на земной поверхности М≥2 излучающих опорных реперных станции (ИОРС) на позициях с известными координатами xIm, yIm, zIm, где m=1…М - номер ИОРС.
Для выбора CP в качестве объекта радиоэлектронного мониторинга предварительно задают район ведения радиомониторинга (РВРМ), как область на поверхности земли, в которой необходимо определить местоположение AT и выбирают n-е моменты времени tn, где n=1…N, N≥3, при которых зона освещенности указанного CP охватывает и КРМ, и РВРМ, и позиции всех М ИОРС.
Определяют n-е канонические параметры (КП) CP, включающие координаты CP
Figure 00000020
,
Figure 00000021
,
Figure 00000022
и ортогональные составляющие вектора его скорости
Figure 00000023
,
Figure 00000024
,
Figure 00000025
на основе излучения тестовых сигналов КРМ и m-ми ИОРС в моменты времени tn в направлении на CP и их последующего приема КРМ после переизлучения указанным CP,
Измеряют в КРМ НСЧ радиосигналов
Figure 00000026
, принятых от AT через CP в моменты времени tn', где n'=2…N.
Выделяют в качестве опорных g-е, где g=1, …, N КП CP для момента времени tg.
Формируют N-1 отличающихся друг от друга пар КП CP, в каждой из которых первые КП CP соответствуют моменту времени tg, а вторые КП CP соответствуют моменту времени
Figure 00000027
, где
Figure 00000028
,
Figure 00000029
.
Вычисляют N-1 разностей радиальных скоростей
Figure 00000030
для каждой сформированной пары КП CP на основе g-x и
Figure 00000031
КП CP, координат КРМ xK, yK, zK, номинала частоты конвертирования ƒG, НСЧ радиосигналов
Figure 00000032
,
Figure 00000033
принятых от AT через CP в моменты времени tg и
Figure 00000034
соответственно.
В качестве поверхности земли принимают сферу с радиусом
Figure 00000035
, который рассчитывается на основе средней широты РВРМ ϕA.
Определение местоположения AT на поверхности земли производят с использованием n-х КП CP, N-1 разностей радиальных скоростей
Figure 00000036
и радиуса сферы поверхности земли
Figure 00000037
.
Для определения n-х КП CP в моменты времени tn, дополнительно выполняют ниже следующие процедуры.
Излучают с помощью аппаратуры КРМ тестовые радиосигналы с НСЧ
Figure 00000038
в направлении на CP в моменты времени tn'.
Излучают m-ми ИОРС тестовые радиосигналы с НСЧ
Figure 00000039
в направлении на CP в моменты времени tn.
Принимают с помощью КРМ переизлученные CP тестовые радиосигналы с НСЧ
Figure 00000040
и
Figure 00000041
в моменты времени
Figure 00000042
и
Figure 00000043
соответственно.
Передают в КРМ НСЧ тестовых радиосигналов
Figure 00000044
от m-х ИОРС.
Измеряют задержки во времени
Figure 00000045
,
Figure 00000046
между излученными и принятыми тестовыми радиосигналами.
Вычисляют наклонные дальности от CP до КРМ
Figure 00000047
и до m-х ИОРС
Figure 00000048
соответствующие моментам времени tn.
Рассчитывают координаты CP
Figure 00000049
,
Figure 00000050
,
Figure 00000051
в моменты времени tn по известным координатам КРМ и m-х ИОРС, а также измеренным наклонным дальностям
Figure 00000052
, и
Figure 00000053
.
Измеряют радиальные скорости CP относительно КРМ
Figure 00000054
и m-х ИОРС
Figure 00000055
в моменты времени tn на основе известных координат КРМ и m-х ИОРС, рассчитанных координат CP
Figure 00000056
,
Figure 00000057
,
Figure 00000058
, а также запомненных НСЧ переданных
Figure 00000059
,
Figure 00000060
и принятых
Figure 00000061
,
Figure 00000062
тестовых радиосигналов.
Вычисляют ортогональные составляющие вектора скорости CP
Figure 00000063
,
Figure 00000064
,
Figure 00000065
в моменты времени tn используя известные координаты КРМ и m-х ИОРС, вычисленные координаты CP
Figure 00000066
,
Figure 00000067
,
Figure 00000068
и измеренные радиальные скорости
Figure 00000069
и
Figure 00000070
.
В качестве n-х КП CP принимают совокупность координат CP
Figure 00000071
,
Figure 00000072
,
Figure 00000073
и ортогональных составляющих вектора его скорости
Figure 00000074
,
Figure 00000075
,
Figure 00000076
в момент времени tn.
Благодаря перечисленной новой совокупности существенных признаков, при использовании тестовых радиосигналов М ИОРС на позициях с известными координатами достигается цель изобретения: обеспечение высокой точности определения координат AT за счет более точного измерения частотных сдвигов сигналов системы, и исключении необходимости ответной передачи тестовых сигналов с AT.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:
на фиг. 1 - типовая схема ведения радиомониторинга для позиций CP S1, S2 и Sn в моменты времени t1 t2 и tn,
на фиг. 2 - схема подсистемы определения координат CP
Figure 00000077
,
Figure 00000078
,
Figure 00000079
в моменты времени tn,
на фиг. 3 - схема алгоритма определения координат CP в моменты времени tn при использовании двух ИОРС,
на фиг. 4 - схема подсистемы определения ортогональных составляющих вектора скорости CP в моменты времени tn,
на фиг.5 - топология размещения КРМ и М ИОРС.
Для реализации заявленного способа определения местоположения AT используют один CP, а измерения проводят в моменты времени tn, где n=1…N, a N≥3 - номер временного отсчета, соответствующих положению CP, при котором и КРМ, и РВРМ, и позиции всех М ИОРС находились бы в зоне радиовидимости (ЗРВ) указанного СР.
На фиг. 1 представлена типовая схема ведения радиомониторинга включающая позиции CP S1, S2 и SN в моменты времени t1, t2 и tN, КРМ K, AT А. На фиг. 1 введены следующие обозначения:
Figure 00000080
,
Figure 00000081
и
Figure 00000082
- расстояния от КРМ до CP,
Figure 00000083
,
Figure 00000084
и
Figure 00000085
- расстояния от AT до CP,
Figure 00000086
,
Figure 00000087
,
Figure 00000088
- векторы скорости CP,
Figure 00000089
,
Figure 00000090
,
Figure 00000091
- радиальные скорости CP относительно КРМ (проекции векторов скорости CP
Figure 00000092
,
Figure 00000093
,
Figure 00000094
на оси
Figure 00000095
,
Figure 00000096
и
Figure 00000097
соответственно),
Figure 00000098
Figure 00000099
,
Figure 00000100
- радиальные скорости CP относительно AT (проекции векторов скорости CP
Figure 00000101
,
Figure 00000102
,
Figure 00000103
на оси
Figure 00000104
,
Figure 00000105
и
Figure 00000106
соответственно) в моменты времени t1, t2 и tN.
КРМ является стационарным, его координаты xK, yK, zK, считают известными.
Предполагают, что AT размещен в предварительно выбранном РВРМ.
Заявленный способ определения местоположения AT основан на использовании КП CP в различные моменты времени tn, что накладывает требования к точности определения указанных КП СР.
Теория полета CP, или, как ее еще называют, астродинамика, небесная механика, космическая баллистика, основана на законах И. Кеплера и законе всемирного тяготения И. Ньютона.
В первом приближении движение CP представляется как невозмущенное - такое движение, которое происходило бы только под влиянием силы притяжения Земли по закону Ньютона, т.е. точно соответствует задаче двух тел (Земля - CP) в небесной механике. Это движение называется движением по Кеплеровой орбите, так как подчиняется трем законам Кеплера [4].
Достоинством Кеплеровой орбиты является простота вычисления координат и вектора скорости CP в прогнозируемые моменты времени. Это предопределило широкое использование элементов Кеплеровой орбиты. В настоящем изобретении с помощью этих элементов выбирают CP в качестве объекта радиоэлектронного мониторинга и выбирают моменты времени tn, соответствующие положению CP, при котором и КРМ, и РВРМ, и позиции всех М ИОРС находились бы в ЗРВ указанного СР.
Кроме того элементы Кеплеровой орбиты CP служат для ориентирования приемной и передающей антенн КРМ, а также передающих антенн всех М ИОРС на выбранный CP при передаче и приеме тестовых радиосигналов и приема радиосигналов AT, ретранслированных СР.
Недостатком Кеплеровой орбиты является относительно низкая точность определения координат и вектора скорости CP, которая в большинстве случаев недостаточна для реализации заявленного способа определения местоположения AT с помощью одного CP на низкой околоземной орбите.
Более точно канонические параметры (КП) CP, включающие координаты CP
Figure 00000107
,
Figure 00000108
,
Figure 00000109
и ортогональные составляющие вектора его скорости
Figure 00000110
,
Figure 00000111
,
Figure 00000112
в моменты времени tn, определяют по радиосигналам ИОРС, размещенных на позициях с известными координатами [5].
На фиг. 2 и фиг. 4 представлены схемы подсистем определения координаты CP
Figure 00000113
,
Figure 00000114
,
Figure 00000115
и ортогональных составляющих вектора его скорости
Figure 00000116
,
Figure 00000117
,
Figure 00000118
в моменты времени tn. Эти подсистемы состоят из КРМ и М≥2 ИОРС, размещенных на позициях с известными координатами
Figure 00000119
,
Figure 00000120
,
Figure 00000121
, где m=1…М - номер ИОРС.
На фиг. 2 введены обозначения:
Figure 00000122
- расстояния между CP и КРМ,
Figure 00000123
- расстояния между CP и m-и ИОРС в моменты времени tn.
На фиг. 4 дополнительно введены обозначения:
Figure 00000124
- векторы скоростей CP,
Figure 00000125
- углы между векторами
Figure 00000126
и направлениями на КРМ,
Figure 00000127
- углы между векторами
Figure 00000128
и направлениями на m-ю ИОРС,
Figure 00000129
-радиальные скорости CP относительно КРМ;
Figure 00000130
- радиальные скорости CP относительно m-й ИОРС.
Синхронность работы передатчиков КРМ и М ИОРС обеспечивают за счет использования меток времени высокостабильного генератора частот.
Для определения КП CP в момент времени tn используют временные задержки и частотные сдвиги тестовых радиосигналов [6].
В моменты времени tn синхронно излучают тестовые радиосигналы КРМ и М ИОРС с номиналами средних частот (НСЧ)
Figure 00000131
и
Figure 00000132
соответственно. Далее принимают в КРМ переизлученные CP тестовые радиосигналы в моменты времени
Figure 00000133
и
Figure 00000134
с НСЧ
Figure 00000135
и
Figure 00000136
. Определяют в КРМ задержки во времени
Figure 00000137
,
Figure 00000138
между излученными и принятыми тестовыми радиосигналами:
Figure 00000139
На основе полученных задержек во времени
Figure 00000140
,
Figure 00000141
измеряют наклонные дальности от CP до КРМ
Figure 00000142
и наклонные дальности от CP до каждой из М ИОРС
Figure 00000143
для каждого момента времени tn:
Figure 00000144
где с=3×108 м/с - скорость света в вакууме.
С помощью полученных наклонных дальностей
Figure 00000145
и
Figure 00000146
определяют координаты CP
Figure 00000147
,
Figure 00000148
,
Figure 00000149
в моменты времени tn.
Для одномоментного и однозначного определения координат CP
Figure 00000150
,
Figure 00000151
,
Figure 00000152
в каждый момент времени tn, необходимо и достаточно измерить минимум три наклонные дальности, например,
Figure 00000153
,
Figure 00000154
и
Figure 00000155
, следовательно, конфигурация подсистемы определения координат CP должна включать минимум две ИОРС I1 и I2.
В качестве примера, для частного случая, когда количество ИОРС равно двум (М=2), в приложении А представлена аналитическая интерпретация алгоритма определения координат CP
Figure 00000156
,
Figure 00000157
,
Figure 00000158
в моменты времени tn.
Дальнейшее увеличение количества ИОРС (М≥3) приводит к повышению точности определения координат CP и к сопутствующему увеличению суммарной стоимости устройства, реализующего заявленный способ.
Алгоритм определения координат CP при использовании М≥3 ИОРС будет аналогичен алгоритму, описанному в приложении А, с той лишь разницей, что система (А.1), составляемая на этапе 6 приложения А, будет содержать М+1 (более четырех) линейных уравнений с тремя неизвестными. Тогда систему (А.1) решают одним из известных численных методов, например, методом наименьших квадратов.
Для одномоментного и однозначного определения ортогональных составляющих вектора скорости CP
Figure 00000159
,
Figure 00000160
,
Figure 00000161
в каждый момент времени tn, необходимо и достаточно измерить минимум три радиальные скорости, например,
Figure 00000162
,
Figure 00000163
и
Figure 00000164
, следовательно, конфигурация подсистемы определения ортогональных составляющих вектора скорости CP должна включать минимум две ИОРС I\ и I2.
В качестве примера, для частного случая, когда количество ИОРС равно двум (М=2), в приложении Б представлена аналитическая интерпретация алгоритма определения ортогональных составляющих вектора скорости CP
Figure 00000165
,
Figure 00000166
,
Figure 00000167
в моменты времени tn.
Дальнейшее увеличение количества ИОРС (М≥3) приводит к повышению точности определения ортогональных составляющих вектора скорости CP и к сопутствующему увеличению суммарной стоимости устройства, реализующего заявленный способ.
Алгоритм определения ортогональных составляющих вектора скорости CP при использовании М≥3 ИОРС будет аналогичен алгоритму, описанному в приложении Б, с той лишь разницей, что система (Б.8), составляемая на этапе 3 в приложения Б, будет содержать М+1 (более четырех) линейных уравнений с тремя неизвестными. Тогда систему (Б.8) решают одним из известных численных методов, например, методом наименьших квадратов.
В качестве КП CP в моменты времени принимают координаты CP
Figure 00000168
,
Figure 00000169
,
Figure 00000170
и ортогональные составляющие вектора его скорости
Figure 00000171
,
Figure 00000172
,
Figure 00000173
.
Для определения местоположения AT в КРМ измеряют НСЧ радиосигналов
Figure 00000174
, принятых от AT через CP в моменты времени tn.
Предполагают, что AT в моменты времени tn излучает в направлении на CP радиосигналы с постоянным НСЧ равным ƒA, однако, в КРМ этот НСЧ не известен. НСЧ радиосигналов AT в моменты времени tn претерпевают следующие сдвиги на трассе АТ-СР-КРМ [7]:
доплеровские сдвиги НСЧ радиосигналов AT на входе CP
Figure 00000175
за счет его сближения (удаления) с (от) AT;
сдвиг НСЧ радиосигналов AT на предварительно заданную величину номинала частоты конвертирования ƒG;
доплеровские сдвиги НСЧ радиосигналов AT на выходе CP
Figure 00000176
за счет его сближения (удаления) с (от) K.
Считают, что нестабильность генератора частот CP в моменты времени tn известна и возможна ее компенсация. Влияние других эффектов на изменение частоты, например гравитационный и релятивистский эффекты в рамках рассматриваемого способа пренебрежимо малы и поэтому не учитывают.
Доплеровские сдвиги НСЧ радиосигналов AT на выходе CP
Figure 00000177
за счет его сближения (удаления) с (от) K, рассчитываются на основе известных координат КРМ xK, yK, zK и КП CP определенных n-х КП СР.
В свою очередь доплеровские сдвиги НСЧ радиосигналов AT на входе CP
Figure 00000178
за счет сближения (удаления) CP с (от) AT используют для определения местоположения самого AT хА, yA и zA. В условиях, когда НСЧ радиосигнала ƒА в КРМ не известен, рассчитывают разности указанных доплеровских сдвигов НСЧ радиосигналов AT на входе CP в различные моменты времени. Для этого предварительно выделяют в качестве опорных g-e, где g=1, ..., N, КП CP для момента времени tg.
Далее формируют отличающихся друг от друга пары КП CP, в каждой из которых первые КП CP соответствуют моменту времени tg, а вторые КП CP соответствуют моменту времени
Figure 00000179
, где
Figure 00000180
,
Figure 00000181
. Всего получают N-1 таких пар.
Для каждой сформированной пары КП CP вычисляют разность радиальных скоростей
Figure 00000182
на основе g-x и
Figure 00000183
КП CP, координат КРМ xK, yK, zK, номинала частоты конвертирования ƒG, НСЧ радиосигналов
Figure 00000184
,
Figure 00000185
принятых от AT через CP в моменты времени tg и
Figure 00000186
соответственно.
В качестве модели поверхности Земли выбирают сферу с переменным радиусом [8], зависящим от широты и определяемым из известного соотношения, который в РВРМ будет равен
Figure 00000187
, где a З=6378136 м - большая полуось эллипсоида Земли;
Figure 00000188
- радиус Земли на полюсе;
Figure 00000189
- эксцентриситет эллипсоида Земли; λЗ=1/298,25784 - сжатие эллипсоида Земли, ϕA - средняя широта РВРМ.
На завершающем этапе рассчитывают координаты AT хА, уА, zA используя n-e КП CP, N-1 разность радиальных скоростей
Figure 00000190
и радиус сферы поверхности земли
Figure 00000191
.
Для одномоментного и однозначного определения местоположения AT (расчета координат AT хА, уА, zA) с помощью заявленного способа необходимо и достаточно вычислить минимум две разности радиальных скоростей
Figure 00000192
, следовательно, требуется проведение измерений в три момента времени (N=3).
В качестве примера реализации заявленного способа в приложении В приводится аналитическая интерпретация алгоритма определения местоположения AT с помощью CP на низкой околоземной орбите для N=3, то есть для трех моментов времени t1, t2, t3. В указанном примере в качестве опорных выбраны первые (g=1) КП CP для момента времени t1.
Дальнейшее увеличение количества измерений (N≥4) приводит к повышению точности определения местоположения AT и к сопутствующему увеличению суммарной стоимости устройства, реализующего заявленный способ.
Алгоритм определения местоположения AT с помощью CP на низкой околоземной орбите для N≥4 моментов измерения будет аналогичен алгоритму, описанному в приложении В, с той лишь разницей, что система уравнений (В.14), будет содержать N (более четырех) уравнений второго порядка с тремя неизвестными. Это в свою очередь приведет к тому, что последующая система линейных уравнений (В.15) с тремя неизвестными будет включать более четырех уравнений. Тогда систему (В.15) решают одним из известных численных методов, например, методом наименьших квадратов.
На точность определения местоположения AT с помощью заявленного способа оказывают влияние множество факторов, основными из которых являются:
количество установленных на земной поверхности М ИОРС;
топология размещения КРМ и m-x ИОРС;
точность синхронизации излучений КРМ и m-x ИОРС;
количество проводимых измерений N;
временные интервалы между моментами времени tg и
Figure 00000186
,
погрешности измерения НСЧ переданных и принятых тестовых радиосигналов и принятых радиосигналов от AT;
Увеличение количества установленных на земной поверхности М ИОРС приводит к повышению точности определения координат CP
Figure 00000193
,
Figure 00000194
,
Figure 00000195
и ортогональных составляющих вектора скорости CP
Figure 00000196
,
Figure 00000197
,
Figure 00000198
в каждый момент времени tn. Это в свою очередь способствует повышению точности определения местоположения AT.
Под топологией размещения КРМ и m-x ИОРС понимают совокупность таких параметров, как 1) расстояния между КРМ и m-ми ИОРС
Figure 00000199
, 2) величины углов
Figure 00000200
, образованных отрезками
Figure 00000201
и
Figure 00000202
. На фиг. 5, в качестве примера, представлена топология КРМ и М ИОРС, а также показаны расстояния
Figure 00000203
,
Figure 00000204
. и угол
Figure 00000205
. Для повышения точности определения местоположения AT необходимо увеличивать расстояния
Figure 00000206
и увеличивать углы
Figure 00000207
.
Высокую точность синхронизации излучений КРМ и m-х ИОРС и низкую погрешности измерения НСЧ переданных и принятых тестовых радиосигналов и принятых радиосигналов от AT обеспечивают за счет использования высокоточных генераторов частот в КРМ и m-x ИОРС.
При выборе количества проводимых измерений N и связанных с ним временных интервалов между моментами времени tg и
Figure 00000208
решают противоречивую задачу: с одной стороны количество проводимых измерений необходимо увеличивать с целью повышения точности определения местоположения AT; с другой стороны увеличение проводимых измерений снижает производительность КРМ.
Произведено имитационное моделирование заявленного способа определения местоположения абонентского терминала с помощью одного спутника-ретранслятора на низкой околоземной орбите и способа-прототипа с помощью разработанных программ на ЭВМ [9, 10] при одинаковых исходных данных.
Результаты моделирования свидетельствуют о существенном повышении точности определения местоположения AT с помощью заявленного способа по сравнению со способом прототипом на 60…80% (в зависимости от топологии размещения КРМ и М ИОРС, а также количества проведенных измерений N), при одновременном исключении необходимости ответной передачи тестовых сигналов с AT, что указывает на возможность достижения технического результата при использовании заявленного технического решения.
Источники информации
1. Волков Р.В., Саяпин В.Н., Севидов В.В. Способ определения местоположения пользовательского терминала с использованием двух спутников-ретрансляторов. Патент RU №2605457, опубл. 20.12.2016 Бюл. №35.
2. Басукинский А.Б., Кизима С.В., Лисица Г.В., Митченков С.Г. Способ определения местоположения земной станции спутниковой связи. Патент RU №2442996, опубл. 20.02.2012 Бюл. №5.
3. Леванон Н. Определение местоположения с помощью одного спутника на низкой околоземной орбите. Патент RU №2241239, опубл. 27.11.2004 Бюл. №33.
4. Абалакин В.К. Астрономический календарь. Постоянная часть. - М.: Наука, 1981. - 704 с.
5. Волков Р.В., Малышев С.Р., Симонов А.Н., Севидов В.В. Определение канонических параметров спутников-ретрансляторов по радиосигналам опорных реперных станций // Труды Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского. 2016. Вып. 655. С. 88-92.
6. Кельян А.Х., Чемаров А.О., Волков Р.В., Севидов В.В. Определение параметров движения летательного аппарата системой геолокации по излучениям находящейся на его борту станции спутниковой связи // Успехи современной радиоэлектроники. 2016. №5. С. 10-14.
7. Волков Р.В., Саяпин В.Н., Севидов В.В. Модель измерения временной задержки и частотного сдвига радиосигнала, принятого от спутника-ретранслятора при определении местоположения земной станции // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2016. Том 10. №9. С. 14-18.
8. Богдановский С.В., Волков Р.В., Севидов В.В., Теслевич С.Ф. Модель поверхности Земли при определении местоположения земной станции по сигналам спутников-ретрансляторов // Наукоемкие технологии. 2016. №12. С. 44-50.
9. Волков Р.В., Саяпин В.Н., Севидов В.В. Модель движения искусственного спутника Земли // Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем. 2016. №2. С 112.
10. Севидов В.В. Определение координат и параметров движения источника радиоизлучения на основе разностно-временных и разностно-доплеровских измерений // Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем. 2015. №11. С. 2.
Приложение А
Алгоритм определения координат спутника-ретранслятора при использовании двух ИОРС
Для расчета координат CP в моменты времени tn в частном случае, когда количество ИОРС равно двум (М=2) разработан алгоритм, схема которого представлена на фиг. 3.
На этапе 1 производят ввод исходных данных, в качестве которых выступают координаты КРМ xK, yK, zK; координаты двух ИОРС
Figure 00000209
,
Figure 00000210
,
Figure 00000211
и
Figure 00000212
,
Figure 00000213
,
Figure 00000214
; временные задержки между излученными КРМ, двумя ИОРС и принятыми КРМ тестовыми радиосигналами
Figure 00000215
,
Figure 00000216
, и
Figure 00000217
, предварительно определенные в соответствии с формулами (1); порог точности δ0 расчета координат СР.
На этапе 2 рассчитывают расстояния
Figure 00000218
,
Figure 00000219
и
Figure 00000220
по формулам (2).
На этапе 3 выбирают, на основе элементов Кеплеровой орбиты CP, координаты опорной точки
Figure 00000221
,
Figure 00000222
,
Figure 00000223
.
На этапе 4 рассчитывают расстояния
Figure 00000224
,
Figure 00000225
и
Figure 00000226
, при условии равенства координат CP координатам опорной точки
Figure 00000227
,
Figure 00000228
,
Figure 00000229
по формулам
Figure 00000230
,
Figure 00000231
,
Figure 00000232
.
На этапе 5 вычисляют невязки q1, q2 и q3 как разницы между расстояниями
Figure 00000233
,
Figure 00000234
и
Figure 00000235
, рассчитанными на этапе 4, и расстояниями
Figure 00000218
,
Figure 00000236
и
Figure 00000237
, рассчитанными на этапе 2 и соответственно
Figure 00000238
,
Figure 00000239
,
Figure 00000240
.
На этапе 6 получают поправки к координатам CP
Figure 00000241
,
Figure 00000242
,
Figure 00000243
для чего предварительно формируют систему линейных уравнений путем разложении в ряд Тейлора функций
Figure 00000218
,
Figure 00000244
и
Figure 00000245
, с точностью до первых членов, где в качестве переменных выступают поправки к координатам CP
Figure 00000246
,
Figure 00000247
,
Figure 00000248
:
с
Figure 00000249
где частные производные, в свою очередь, рассчитываются согласно выражениям
Figure 00000250
Figure 00000251
Figure 00000252
Решают систему линейных уравнений (А.1) одним из известных методов, например методом Крамера, получают поправки к координатам CP
Figure 00000253
,
Figure 00000254
,
Figure 00000255
На этапе 7 рассчитывают координаты новой опорной точки
Figure 00000256
,
Figure 00000257
,
Figure 00000258
:
Figure 00000259
Этапы 4…7 в совокупности составляют первую итерацию. Далее итерации повторяют, используя каждый раз координаты новой опорной точки, рассчитанные на предыдущей итерации. Количество необходимых итераций зависит требуемой точности определения координат СР. С точностью определения координат CP напрямую связан шаг итерации dш.
На этапе 8 определяют шаг итерации dш как расстояние между текущей и предыдущей опорными точками:
Figure 00000260
На этапе 9 сравнивают dш с порогом δ0, задаваемом на этапе 1. По результату сравнения либо выполняют следующую итерацию (этапы 4…7), если dш>δ0, либо переходят к этапу 10, если dш<δ0. Необходимое число итераций, как правило, составляет 2, …, 4.
На этапе 10 осуществляют вывод координат CP
Figure 00000261
,
Figure 00000262
,
Figure 00000263
в качестве которых предварительно выбирают значения координат опорной точки на последней итерации.
Приложение Б
Алгоритм определения ортогональных составляющих вектора скорости спутника-ретранслятора при использовании двух ИОРС
Для расчета ортогональных составляющих вектора скорости CP в моменты времени tn в частном случае, когда количество ИОРС равно двум (М=2) разработан алгоритм, основные этапы которого раскрыты ниже.
На этапе 1 производят ввод исходных данных, в качестве которых выступают: координаты КРМ xK yK, zK, координаты двух ИОРС
Figure 00000264
,
Figure 00000265
и
Figure 00000266
Figure 00000267
,
Figure 00000268
; координаты CP
Figure 00000269
,
Figure 00000270
,
Figure 00000271
, рассчитанные в соответствии с алгоритмом, представленном в приложении А; НСЧ тестовых радиосигналов
Figure 00000272
,
Figure 00000273
,
Figure 00000274
переданных КРМ и двумя ИОРС и
Figure 00000275
,
Figure 00000276
,
Figure 00000277
принятых тестовых радиосигналов КРМ после их переизлучения CP; номинал частоты конвертирования CP ƒG.
На этапе 2 рассчитывают значения радиальных скоростей
Figure 00000278
,
Figure 00000279
и
Figure 00000280
CP относительно КРМ, 1-й, 2-й ИОРС в моменты времени tn.
Соотношения НСЧ
Figure 00000281
,
Figure 00000282
,
Figure 00000283
переданных тестовых радиосигналов КРМ и двумя ИОРС и
Figure 00000284
,
Figure 00000285
,
Figure 00000286
принятых тестовых радиосигналов КРМ после их переизлучения CP, имеют вид
Figure 00000287
где ƒG - номиналом частоты конвертирования CP,
Figure 00000288
,
Figure 00000289
и
Figure 00000290
- доплеровские сдвиги частот тестовых радиосигналов на входе CP за счет его сближения (удаления) с (от) КРМ, 1-й и 2-й ИОРС в моменты времени tn,
Figure 00000291
,
Figure 00000292
и
Figure 00000293
- доплеровские сдвиги частот тестовых радиосигналов на выходе CP за счет его сближения (удаления) с (от) КРМ, 1-й и 2-й ИОРС в моменты времени tn.
Предполагают, что нестабильность генератора частот CP известна и компенсируется. Влияние других эффектов на изменение частоты, например гравитационный и релятивистский эффекты в рамках рассматриваемого способа пренебрежимо малы и поэтому не учитывают.
Выражения для доплеровских сдвигов частот тестовых радиосигналов
Figure 00000294
,
Figure 00000295
и
Figure 00000296
на входе CP и для доплеровских сдвигов частот тестовых радиосигналов
Figure 00000297
,
Figure 00000298
и
Figure 00000299
на выходе CP, с учетом того, что
Figure 00000300
,
Figure 00000301
и
Figure 00000302
, имеют следующие виды:
Figure 00000303
Из равенств (Б.1) и (Б.2) получают выражения для расчета радиальных скоростей
Figure 00000304
,
Figure 00000305
и
Figure 00000306
:
Figure 00000307
На этапе 3 рассчитывают ортогональные составляющие вектора скорости CP
Figure 00000308
,
Figure 00000309
,
Figure 00000310
.
Справедливы тождества, связывающие радиальные скорости
Figure 00000311
,
Figure 00000312
и
Figure 00000313
с векторами скоростей CP
Figure 00000314
, через углы
Figure 00000315
,
Figure 00000316
и
Figure 00000317
:
Figure 00000318
Согласно теореме о скалярном произведении векторов
Figure 00000319
Модуль вектора скорости CP равен:
Figure 00000320
а расстояния от КРМ, 1-й, 2-й ИОРС до CP
Figure 00000321
,
Figure 00000322
,
Figure 00000323
рассчитывают как
Figure 00000324
Выражения (Б.1) с учетом уравнений (Б.4)…(Б.7) для частного случая, когда n=1…2, преобразуют в систему линейных уравнений:
Figure 00000325
где коэффициенты при переменных
Figure 00000326
,
Figure 00000327
,
Figure 00000328
равны:
Figure 00000329
Figure 00000330
Figure 00000331
Систему из трех линейных уравнений (Б.8) с тремя неизвестными решают одним из известных методов, например, методом Крамера. Результатом решения системы уравнении (Б.8) выступают ортогональные составляющие вектора скорости CP
Figure 00000332
,
Figure 00000333
,
Figure 00000334
.
Приложение В
Алгоритм определения местоположения AT с помощью CP на низкой околоземной орбите для трех моментов измерения
В качестве исходных данных разработанного алгоритма выступают: координаты КРМ xK, yK, zK; КП CP - координаты CP
Figure 00000335
,
Figure 00000336
,
Figure 00000337
,
Figure 00000338
,
Figure 00000339
,
Figure 00000340
,
Figure 00000341
,
Figure 00000342
,
Figure 00000343
и ортогональные составляющие вектора его скорости
Figure 00000344
,
Figure 00000345
,
Figure 00000346
,
Figure 00000347
,
Figure 00000348
,
Figure 00000349
,
Figure 00000350
,
Figure 00000351
,
Figure 00000352
в моменты времени t1, t2 и t3; радиус сферы поверхности земли
Figure 00000353
.
В КРМ измеряют НСЧ радиосигналов
Figure 00000354
,
Figure 00000355
и
Figure 00000356
, принятых от AT через CP в моменты времени t1, t2 и t3. Вместе с тем указанные НСЧ представляют в следующем виде:
Figure 00000357
где ƒG - номинала частоты конвертирования,
Figure 00000358
,
Figure 00000359
,
Figure 00000360
- доплеровские сдвиги частот радиосигналов AT на входе CP за счет его сближения (удаления) с (от) AT в моменты времени tn
Figure 00000361
,
Figure 00000362
,
Figure 00000363
- доплеровские сдвиги частот радиосигналов AT на выходе CP за счет его сближения (удаления) с (от) K в моменты времени tn.
Для компенсации неизвестного НСЧ радиосигнала AT ƒA на основе тождеств (В.1) составляют разностные уравнения:
Figure 00000364
Figure 00000365
Поскольку справедливы неравенства
Figure 00000366
,
Figure 00000367
,
Figure 00000368
и
Figure 00000369
,
Figure 00000370
,
Figure 00000371
, то выражения для расчета доплеровских сдвигов частот имеют следующий вид:
Figure 00000372
Figure 00000373
Figure 00000374
где
Figure 00000375
,
Figure 00000376
,
Figure 00000377
и
Figure 00000378
,
Figure 00000379
,
Figure 00000380
- радиальные скорости CP относительно AT и КРМ в моменты времени t1, t2, t3.
Рассчитывают значения радиальных скоростей CP относительно КРМ
Figure 00000381
,
Figure 00000382
,
Figure 00000383
в моменты времени t1, t2, t3 по формулам:
Figure 00000384
Figure 00000385
Figure 00000386
Составляют тождества для расчета радиальных скоростей CP относительно AT
Figure 00000387
,
Figure 00000388
,
Figure 00000389
в моменты времени t1, t2, t3:
Figure 00000390
Figure 00000391
Figure 00000392
где хА, уА и zA - искомые координаты AT.
Разностное уравнение (В.2) с учетом (В.4), (В.5), (В.7) и (В.8), приобретает вид:
Figure 00000393
Выражение (В.10), содержащее три неизвестных переменные хА, уА и zA, преобразуют к виду:
Figure 00000394
где коэффициент в правой части
Figure 00000395
- разность радиальных скоростей CP относительно AT в моменты времени t2 и t1, которая вычисляется в соответствии с выражением:
Figure 00000396
Аналогично преобразуя (В.3), с учетом (В.5), (В.6), (В.8) и (В.9) получают:
Figure 00000397
где коэффициент в правой части
Figure 00000398
- разность радиальных скоростей CP относительно AT в моменты времени t3 и t1, которая вычисляется в соответствии с выражением:
Figure 00000399
В предположении, что AT расположен на земной поверхности, составляют еще одно уравнение с переменными хА, уА и zA:
Figure 00000400
Уравнения (В.11), (В.12) и (В.13) в совокупности образуют систему уравнений
Figure 00000401
Для решения системы уравнений второго порядка (В.14) применяют итерационный алгоритм, включающий следующие этапы:
Этап 1. Задают произвольные, но для быстрой сходимости наиболее правдоподобные опорные координаты AT: x'A, y'A, z'A.
Этап 2. Определяют значения функций
Figure 00000402
,
Figure 00000403
и
Figure 00000404
системы уравнений (В.14) в точке с опорными координатами AT х'А, у'А, z'A:
Figure 00000405
Figure 00000406
Figure 00000407
Этап 3. Рассчитывают невязки q4, q5 и q6 по формулам
Figure 00000408
,
Figure 00000409
,
Figure 00000410
.
Этап 4. Составляют систему трех линейных уравнений, в которой в качестве неизвестных выступают поправки к точке с опорными координатами AT ΔхА, ΔуА и ΔzA, на основе разложений функций
Figure 00000411
,
Figure 00000412
и
Figure 00000413
в ряды Тейлора с точностью до первых производных:
Figure 00000414
где значения частных производных в точке с опорными координатами AT х'А, y'A, z'А равны:
Figure 00000415
Figure 00000416
Figure 00000417
Figure 00000418
Figure 00000419
Figure 00000420
Figure 00000421
а, расстояния
Figure 00000422
,
Figure 00000423
,
Figure 00000424
от CP в моменты времени t1, t2, t3 до точки с опорными координатами AT х'А, у'А, z'A и радиальные скорости
Figure 00000425
,
Figure 00000426
,
Figure 00000427
CP в моменты времени t1, t2, t3 относительно точки с опорными координатами AT x'A, y'A, z'A равны:
Figure 00000428
Figure 00000429
Figure 00000430
Figure 00000431
Figure 00000432
Figure 00000433
Этап 5. Решают систему трех линейных уравнений (В.15), с тремя неизвестными одним из известных методов, например, методом Крамера.
Результатом решения системы уравнений (В.15) выступают поправки к опорным координатам AT
Figure 00000434
,
Figure 00000435
,
Figure 00000436
Этап 6. Определяют новые опорные координаты AT
Figure 00000437
,
Figure 00000438
,
Figure 00000439
:
Figure 00000440
;
Figure 00000441
;
Figure 00000442
.
Этапы 1…6 в совокупности образуют первую итерацию. Далее итерации повторяют, используя каждый раз новые опорные координаты AT, полученные на этапе 6 предыдущей итерации. Количество необходимых итераций зависит от корректности выбора начальных опорных координаты (этап 1) и требуемой точности определения координат AT.
Окончательно, в качестве координат AT xA, yA, zA принимают значения опорных координат AT на последней итерации.

Claims (2)

1. Способ определения местоположения абонентского терминала (AT) с помощью спутника-ретранслятора (CP) на низкой околоземной орбите, заключающийся в том, что размещают комплекс радиоэлектронного мониторинга (КРМ), содержащий приемную и передающую аппаратуру, на позиции с известными координатами xK, yK, zK, в качестве объекта радиоэлектронного мониторинга выбирают CP с известным номиналом частоты конвертирования ƒG, излучают с помощью аппаратуры КРМ тестовый радиосигнал с номиналом средней частоты (НСЧ)
Figure 00000443
в направлении на CP в момент времени t1, измеряют в КРМ НСЧ радиосигнала
Figure 00000444
, принятого от AT через CP в момент времени t1, на основании известных координат КРМ xK, yK, zK, номинала частоты конвертирования ƒG, НСЧ
Figure 00000445
и
Figure 00000446
переданного тестового радиосигнала и принятого от AT через CP радиосигнала в момент времени t1 вычисляют местоположение AT на поверхности земли, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают на земной поверхности М≥2 излучающих опорных реперных станций (ИОРС) на позициях с известными координатами xIm, yIm, zIm, где m=1…М - номер ИОРС, а для выбора CP в качестве объекта радиоэлектронного мониторинга предварительно задают район ведения радиомониторинга (РВРМ) как область на поверхности земли, в которой необходимо определить местоположение AT, и выбирают n-е моменты времени tn, где n=1…N, N≥3, при которых зона освещенности указанного CP охватывает и КРМ, и РВРМ, и позиции всех m-х ИОРС, определяют n-е канонические параметры (КП) CP, включающие координаты CP
Figure 00000447
,
Figure 00000448
,
Figure 00000449
и ортогональные составляющие вектора его скорости
Figure 00000450
,
Figure 00000451
,
Figure 00000452
в моменты времени tn, на основе излучения тестовых радиосигналов КРМ и m-ми ИОРС в направлении на CP и их последующего приема КРМ после переизлучения указанным CP, измеряют в КРМ НСЧ радиосигналов
Figure 00000453
, принятых от AT через CP, в моменты времени
Figure 00000454
, где n'=2…N, выделяют в качестве опорных g-e, где g=1,…,N, КП CP для момента времени tg, формируют N-1 отличающихся друг от друга пар КП CP, в каждой из которых первые КП CP соответствуют моменту времени tg, а вторые КП CP соответствуют моменту времени t1, где l=1…N, l≠g, вычисляют N-1 разностей радиальных скоростей
Figure 00000455
для каждой сформированной пары КП CP на основе g-x и l-х КП CP, координат КРМ xK, yK, zK, номинала частоты конвертирования ƒG, НСЧ радиосигналов
Figure 00000456
,
Figure 00000457
принятых от AT через CP в моменты времени tg и tl соответственно, в качестве поверхности земли принимают сферу с радиусом
Figure 00000458
, который рассчитывается на основе средней широты РВРМ ϕA, а определение местоположения AT на поверхности земли производят с использованием n-х КП CP, N-1 разностей радиальных скоростей
Figure 00000459
и радиуса сферы поверхности земли
Figure 00000460
.
2. Способ по п. 1. отличающийся тем, что для определения n-х КП CP в моменты времени tn, предварительно излучают с помощью аппаратуры КРМ тестовые радиосигналы с НСЧ
Figure 00000461
в направлении на CP в моменты времени
Figure 00000462
излучают m-ми ИОРС тестовые радиосигналы с НСЧ
Figure 00000463
в направлении на CP в моменты времени tn, принимают с помощью КРМ переизлученные CP тестовые радиосигналы с НСЧ
Figure 00000464
и
Figure 00000465
в моменты времени
Figure 00000466
и
Figure 00000467
соответственно, передают в КРМ НСЧ тестовых радиосигналов
Figure 00000468
от m-х ИОРС, измеряют задержки во времени
Figure 00000469
Figure 00000470
между излученными и принятыми тестовыми радиосигналами, после чего вычисляют наклонные дальности от CP до КРМ
Figure 00000471
и до m-х ИОРС
Figure 00000472
, соответствующие моментам времени tn, рассчитывают координаты CP
Figure 00000473
,
Figure 00000474
,
Figure 00000475
в моменты времени tn по известным координатам КРМ и m-х ИОРС, а также измеренным наклонным дальностям
Figure 00000476
и
Figure 00000477
измеряют радиальные скорости CP относительно КРМ
Figure 00000478
и m-х ИОРС
Figure 00000479
в моменты времени tn на основе известных координат КРМ и m-х ИОРС, рассчитанных координат CP
Figure 00000480
,
Figure 00000481
,
Figure 00000482
, а также запомненных НСЧ переданных
Figure 00000483
,
Figure 00000484
и принятых
Figure 00000485
,
Figure 00000486
тестовых радиосигналов, вычисляют ортогональные составляющие вектора скорости CP
Figure 00000487
,
Figure 00000488
,
Figure 00000489
в моменты времени tn используя известные координаты КРМ и m-х ИОРС, вычисленные координаты CP
Figure 00000490
,
Figure 00000491
,
Figure 00000492
и измеренные радиальные скорости
Figure 00000493
и
Figure 00000494
, а в качестве n-х КП CP принимают совокупность координат CP
Figure 00000495
,
Figure 00000496
,
Figure 00000497
и ортогональных составляющих вектора его скорости
Figure 00000498
,
Figure 00000499
,
Figure 00000500
в момент времени tn.
RU2017135801A 2017-10-06 2017-10-06 Способ определения местоположения абонентского терминала с помощью спутника-ретранслятора на низкой околоземной орбите RU2679890C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017135801A RU2679890C1 (ru) 2017-10-06 2017-10-06 Способ определения местоположения абонентского терминала с помощью спутника-ретранслятора на низкой околоземной орбите

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017135801A RU2679890C1 (ru) 2017-10-06 2017-10-06 Способ определения местоположения абонентского терминала с помощью спутника-ретранслятора на низкой околоземной орбите

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2679890C1 true RU2679890C1 (ru) 2019-02-14

Family

ID=65442695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017135801A RU2679890C1 (ru) 2017-10-06 2017-10-06 Способ определения местоположения абонентского терминала с помощью спутника-ретранслятора на низкой околоземной орбите

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2679890C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998014795A1 (en) * 1996-09-30 1998-04-09 Qualcomm Incorporated Position determination using one low-earth orbit satellite
WO2001006401A1 (en) * 1999-07-15 2001-01-25 Pinpoint Corporation Method and apparatus for mobile tag reading
RU2398353C2 (ru) * 2008-08-28 2010-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Технологическая лаборатория" Мобильная станция видеомониторинга и связи
RU2568291C1 (ru) * 2014-04-29 2015-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Система глобального мониторинга в режиме реального времени параметров состояния многопараметрических объектов
RU2605457C1 (ru) * 2015-09-18 2016-12-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Способ определения местоположения пользовательского терминала с использованием двух спутников-ретрансляторов

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998014795A1 (en) * 1996-09-30 1998-04-09 Qualcomm Incorporated Position determination using one low-earth orbit satellite
WO2001006401A1 (en) * 1999-07-15 2001-01-25 Pinpoint Corporation Method and apparatus for mobile tag reading
RU2398353C2 (ru) * 2008-08-28 2010-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Технологическая лаборатория" Мобильная станция видеомониторинга и связи
RU2568291C1 (ru) * 2014-04-29 2015-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Система глобального мониторинга в режиме реального времени параметров состояния многопараметрических объектов
RU2605457C1 (ru) * 2015-09-18 2016-12-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Способ определения местоположения пользовательского терминала с использованием двух спутников-ретрансляторов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100910328B1 (ko) 셀룰러 무선 시스템에서 이동 단말기의 로케이션을발견하는 방법
JP4592506B2 (ja) アップリンク干渉源位置特定装置及びその方法
CN107003378A (zh) 确定具有合成天线阵列的便携式电子装置的地理位置
RU2593274C2 (ru) Способ и система для определения временных изменений при повторной передаче и распространении сигналов, используемых для измерения расстояний, синхронизирования исполнительных механизмов и выполнения геопривязки
CN104375135A (zh) 射频定位方法、装置和***
AU3522201A (en) Obtaining pilot phase offset time delay parameter for a wireless terminal of an integrated wireless-global positioning system
Settimi et al. Testing the IONORT-ISP system: A comparison between synthesized and measured oblique ionograms
Jeong et al. RSS-based LTE base station localization using single receiver in environment with unknown path-loss exponent
Schmitz et al. TDOA fingerprinting for localization in non-line-of-sight and multipath environments
KR102252003B1 (ko) Asf 맵 생성 방법
RU2679890C1 (ru) Способ определения местоположения абонентского терминала с помощью спутника-ретранслятора на низкой околоземной орбите
CN109490828B (zh) 基于同源基线阵列的定位方法
KR101608809B1 (ko) Gbas 운용범위 확장을 위한 벡터형 오차 보정 장치 및 방법
CN108594284B (zh) 一种tdoa定位性能检测方法及***
US8436773B2 (en) Method for leveraging diversity for enhanced location determination
RU2670976C9 (ru) Способ определения местоположения источника радиоизлучения с периодической структурой сигнала и вращающейся направленной антенной
RU2684740C1 (ru) Способ определения местоположения абонентского терминала с помощью не менее двух спутников-ретрансляторов на низкой околоземной орбите
RU2668566C2 (ru) Однопозиционный мультипликативный разностно-относительный способ определения координат местоположения источников радиоизлучения
RU2822690C1 (ru) Способ определения ортогональных составляющих векторов скорости двух космических аппаратов с использованием земных станций и излучающей опорной реперной станции
RU2750753C1 (ru) Способ определения ортогональных составляющих вектора скорости и способ определения координат космического аппарата с использованием земных станций
RU2788518C1 (ru) Способ определения ортогональных составляющих вектора скорости космического аппарата с использованием земных станций и излучающей опорной реперной станции
Fokin et al. Model for 5G UDN Positioning System Topology Search Using Dilution of Precision Criterion
RU2749878C1 (ru) Способ определения ортогональных составляющих векторов скоростей и способ определения координат двух космических аппаратов с использованием земных станций
RU2750983C1 (ru) Способ определения ортогональных составляющих векторов скоростей и способ определения координат двух космических аппаратов с использованием земных станций
PILEGGI 5G positioning: preliminary analysis of early data sets

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191007

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20210202

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210226