Способ местоопределения радиоизлучателей

 

Изобретение предназначено для использования в радионавигации и при исследованиях параметров ионосферы и позволяет повысить точность определения координат КВ источников ионосферных радиоволн. Целью изобретения является уменьшение ошибок определения местоположения ИРИ за счет моделирования приращений параметров ионосферы вдоль траектории распространения радиоволн и их дальнейшего учета. Это достигается тем, что, после измерения углов прихода ионосферы радиоволны в горизонтальной и вертикальной плоскостях, измерения параметров ионосферы путем ее вертикального зондирования и траекторного расчета координат точки отражения определяют медианные характеристики ионосферы над радиопеленгаторным пунктом и в районе отражения радиосигнала по прогнозам, определяют приращения параметров ионосферы вдоль трассы РРВ, уточняют параметры ионосферы в районе отражения волны с учетом данных вертикального зондирования и прогнозов, рассчитывают продольный и поперечный наклоны отражающего слоя ионосферы, корректируют измеренные азимут и угол места. 1 ил.

Изобретение предназначено для использования в радионавигации и при исследованиях параметров ионосферы и позволяет повысить точность определения координат КВ источников ионосферных радиоволн.

Из известных способов местоопределения наиболее широкое применение в КВ диапазоне получил угломерный метод, в котором координаты источника радиоизлучений (ИРИ) определяются в точке пересечения азимутальных линий положения с помощью двух и более пространственно разнесенных радиопеленгаторов [1] Отличаясь простотой реализации, универсальностью по частотному диапазону, этот способ в то же время обладает рядом недостатков, основными из которых являются отсутствие учета условий распространения радиоволн (РРВ) и необходимость использования не менее двух пространственно-разнесенных и взаимосвязанных измерителей, что не всегда применимо.

Данная проблема в определенной степени решена в другом способе местоопределения, основанном на измерении азимута, и возможности расчета дальности до ИРИ по известным мощности передатчика, коэффициенту усиления передающей антенны и множителю ослабления трассы [2] К недостаткам этого способа относится необходимость наличия априорной информации о передающем устройстве и параметрах трассы РРВ, что ограничивает его применение.

Наиболее близким по физической и технической сущности к предлагаемому способу является способ, описанный в [3] и включающий в себя измерение углов прихода радиоволны в горизонтальной и вертикальной плоскостях, измерение параметров ионосферы в заданной точке пространства и определение дальности до ИРИ по методу траекторных расчетов Смита [4] основанному на модели ионосферы в виде некоторого фиктивного зеркального отражателя, расположенного на действующей высоте отражения эквивалентной вертикальной волны. Данный способ может быть принят в качестве прототипа. Основной его недостаток заключается в том, что точность определения координат ИРИ в значительной мере зависит от степени соответствия измеренных параметров ионосферы в точке отражения.

Некоторое ослабление проблемы достигается введением ограничений на максимальные горизонтальные размеры области ионосферы до 500 км, в пределах которой данные вертикального зондирования считаются достоверными. Принятые ограничения не учитывают изменений траектории распространения ЭВМ, связанных с восходно-заходными периодами суток, а также с особенностями РРВ, характерными для северных широт. В результате реализация такого подхода даже для односкачковых трасс не обеспечивает необходимую точность расчета координат ИРИ на расстояниях свыше тысячи километров.

Целью изобретения является уменьшение ошибок определения местоположения ИРИ за счет моделирования приращений параметров ионосферы вдоль траекториии распространения радиоволн и их дальнейшего учета.

Сущность изобретения заключается в том, что после измерения углов прихода ионосферной радиоволны в горизонтальной и вертикальной плоскостях, измерения параметров ионосферы путем ее вертикального зондирования и траекторного расчета координат точки отражения определяют медиане характеристики ионосферы над радиопеленгаторным пунктом и в районе отражения радиосигнала по прогнозам, определяют приращения параметров ионосферы вдоль трассы РРВ, уточняют параметры ионосферы в районе отражения волны с учетом данных вертикального зондирования и прогнозов, рассчитывают продольный и поперечный наклоны отражающего слоя ионосферы, корректируют измеренные азимут и угол места.

Для уяснения процесса местоопределения по данному способу рассмотрим алгоритм и порядок расчетов поправок параметров положения ИРИ в случае односкачкового РРВ и произвольного наклона отражающей поверхности ионосферы.

Поэтапное решение этой задачи включает: определение района отражения радиосигнала на основе траекторных расчетов известным способом [4] определение приращения медианных значений параметров ионосферы между радиопеленгаторным пунктом и районом отражения радиосигнала на основе моделирования и прогнозных данных (критической частоты слоя, высоты нижней границы слоя, высоты максимума ионизации слоя, полутолщины слоя); определение поправок к измеренным азимуту и углу места принимаемой ЭМВ, вызванных наклоном отражающего слоя ионосферы.

Суть решения задачи на третьем этапе заключается в расчете на базе модели [5] пространственных координат нескольких точек, принадлежащих поверхности отражающего слоя. В простейшем случае эта поверхность может быть образована тремя точками, две из которых смещены относительно точки отражения по азимуту на ±ΔΘ (точки 1, 2) и одной точкой, смещенной по углу места Db (точка 3), как изображено на чертеже.

Тогда, после элементарных геометрических преобразований могут быть получены выражения для расчета углов поперечного (δ) и продольного (ζ) наклонов отражающей поверхности ионосферы в точке отражения: (1) (2) где x_oy_oz_o} x₁y₁z₁} x₂y₂z₂}x₃y₃z₃} прямоугольные координаты точек, принадлежащих отражающей поверхности ионосферы, построенной по результатам моделирования.

При этом согласно [1] произвольный наклон отражающего слоя, с учетом сферичности Земли, приведет к ошибкам: по азимуту где a₀- половина углового расстояния между УДК и ИРИ,
и углу места

где V = cos² ζcos² δ cos ΔΘ+0,5 tgβ sin²ζ,
β угол места.

Полученные значения Dq,Δβ и ΔH при уточнении параметров положения ИРИ учитываются в качестве поправок, а именно:

где R_o радиус Земли,
H_d действующая высота отражающего слоя ионосферы;
Θ = Θ_изм+ΔΘ, (6)
где Θ_изм измеренный азимут.

Таким образом, расчет координат по заявляемому способу включает:
1 измерение углов прихода ионосферной волны в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
2 измерение параметров ионосферы;
3 траекторный расчет координат точки отражения волны;
4 определение приращения медианных значений параметров ионосферы между радиопеленгаторным пунктом и районом отражения радиосигнала на основе моделирования;
5 расчет продольного и поперечного наклонов отражающего слоя ионосферы посредством моделирования его характеристик в районе отражения радиосигнала;
6 уточнение параметров положения ИРИ, согласно рассчитанных поправок.

Существенными отличительными признаками заявляемого способа являются признаки 4, 5 и 6.

Эффективность заявляемого способа по сравнению с прототипом проявляется в том, что достигается:
повышение точности пеленгования на 1.3^o за счет коррекции азимута и угла места и соответствующее повышение точности координатометрии до 5% в зависимости от протяженности трассы,
повышение достоверности параметров ионосферы за пределами ограничений, принятых в прототипе, что позволяет повысить протяженность исследуемой трассы.

Для проверки заявляемого способа был проведен анализ результатов экспериментального пеленгования реперного ИРИ на радиотрассе протяженностью 1160 км, пролегающей через среднеевропейскую возвышенность и ориентированной в направлении юг-север, при слабовозмущенной ионосфере. Отклонение азимута от истинного, в среднем составляло 2 3^o в направлении на юго-запад, а ошибка по дальности 130 150 км в сторону уменьшения длины трассы (трасса односкачковая). Заявляемый способ позволил уменьшить ошибки азимута до 0,5 - 1^o и ошибки координатометрии до 5% от протяженности трассы.

Формула изобретения

Способ местоопределения радиоизлучателей, включающий измерение углов прихода ионосферной радиоволны в горизонтальной и вертикальной плоскостях, измерение параметров ионосферы путем ее вертикального зондирования и траекторный расчет координат источника радиоизлучений, отличающийся тем, что определяют медианные характеристики ионосферы над радиопеленгаторным пунктом и в районе отражения радиосигнала по прогнозам, определяют приращение параметров ионосферы вдоль трассы распространения радиоволн, уточняют параметры ионосферы в районе отражения волны с учетом данных вертикального зондирования и прогнозов, рассчитывают продольный и поперечный наклоны отражающего слоя ионосферы по формулам:


где (x₀y₀z₀), (x₁y₁z₁), (x₂y₂z₂), (x₃y₃z₃) прямоугольные координаты точек, принадлежащих отражающей поверхности ионосферы, построенной по результатам моделирования;
δ поперечный наклон отражающего слоя ионосферы;
x продольный наклон отражающего слоя ионосферы,
корректируют измеренные азимут и угол места.

РИСУНКИ

Рисунок 1