Способ измерения дальности

Изобретение относится к области радиолокации и радионавигации. Достигаемый технический результат - увеличение диапазона однозначного измерения дальности за счет выбора некратных периодов повторения псевдослучайных последовательностей, который определяется как наименьшее общее кратное произведений числа символов одной последовательности на тактовую частоту другой. Сущность изобретения заключается в использовании сигнала с квадратурным уплотнением, синфазная и квадратурная компоненты которого манипулируются по фазе двоичными псевдослучайными последовательностями с различными периодами повторения.

 

Изобретение относится к области радиолокации и радионавигации и может быть использовано в системах и устройствах измерения дальности (времени задержки распространения сигнала) на основе сложных фазоманипулированных сигналов, обеспечивающих высокую точность и большой диапазон однозначного измерения.

Основными проблемами, возникающими при измерении дальности с помощью фазоманипулированных сигналов, является необходимость использования высокой тактовой частоты смены символов двоичной псевдослучайной модулирующей последовательности для достижения высокой точности измерений, а также необходимость использования большого числа символов в этой последовательности для обеспечения заданного периода однозначного измерения дальности.

Известен фазовый способ измерения дальности, использующий в качестве точной шкалы неоднозначные фазовые измерения на несущей частоте и однозначные кодовые измерения, выполняемые с помощью фазоманипулированного сигнала [1]. Недостатком такого способа является необходимость использования модулирующего кода большой длины для обеспечения требуемого диапазона однозначности, что приводит к существенному росту аппаратной сложности многоканального коррелятора, являющегося составной частью устройства, реализующего данный способ.

Известен также способ измерения дальности, использующий в качестве модулирующей последовательности сложный сигнал на основе М-последовательностей [2]. Недостатком такого способа является существенное уменьшение максимального значения взаимно-корреляционной функции принимаемого сложного сигнала и исходных М-последовательностей на выходе каждого из корреляторов, измеряющих величину задержки, в сравнении максимальными значениями их автокорреляционных функций. Применение такого способа формирования и приема сложного фазоманипулированного сигнала приводит к снижению помехоустойчивости при приеме и увеличению погрешностей оценки времени задержки распространения сигнала в каждом из корреляторов.

Рассмотренный способ формирования сигнала с использованием двух псевдослучайных последовательностей является наиболее близким и выбран в качестве прототипа.

Достигаемый технический результат заключается в увеличении диапазона однозначного измерения дальности, обеспечении высокой точности и помехоустойчивости при измерении дальности, а также снижении аппаратной сложности корреляторов.

Новизна изобретения заключается в новом подходе к выбору параметров модулирующих последовательностей, используемых для формирования фазоманипулированного сигнала с квадратурным уплотнением.

Изобретательский уровень характеризуется применением известного метода квадратурного уплотнения сигналов, обеспечивающего их ортогональность и возможность последующей независимой обработки для измерения задержки времени распространения каждого из квадратурных сигналов, а также использованием математического аппарата теории чисел в части построения классов вычетов по заданному модулю и нахождения в соответствии с китайской теоремой об остатках значения числа по его остаткам для вычисления полной задержки сигнала.

Данное изобретение является промышленно применимым при разработке перспективных радиолокационных и радионавигационных систем и устройств, использующих сложные фазоманипулированные сигналы. Технический результат заключается в увеличении диапазона однозначного измерения дальности, определяемого как наименьшее общее кратное произведений числа символов одной последовательности, модулирующей соответствующую квадратурную составляющую сигнала, на тактовую частоту другой. При выборе некратных периодов повторения псевдослучайных последовательностей достигается максимальное увеличение диапазона однозначности до величины, равной произведению периодов повторения последовательностей.

В настоящее время в глобальных навигационных спутниковых системах широко используют сигналы с квадратурным уплотнением двух типов сигналов - pilot и data. Сигналы типа pilot используются для измерения дальности между спутниками и потребителем беззапросным методом, а сигналы типа data только для передачи потребителю цифровой информации с борта навигационного спутника. При этом период повторения сигналов открытого доступа составляет единицы миллисекунд и не позволяет однозначно измерять дальность между спутником и потребителем. При модернизации спутниковых навигационных систем предлагаемый способ измерения дальности может быть реализован путем выбора некратных периодов повторения модулирующих последовательностей pilot и data сигналов.

Источники информации

1. Дикарев В.И., Федоров В.В., Шилим И.Т. Фазовый способ измерения дальности. Патент РФ №2010260, 30.03.1994.

2. Пономарев В.А., Бахолдин B.C. Способ формирования и приема сложных сигналов на основе М-последовательностей. Патент РФ №2276385, 10.05.2006.

Способ измерения дальности путем излучения и приема радиосигнала с квадратурным уплотнением, отличающийся тем, что синфазную компоненту излучаемого несущего колебания манипулируют по фазе двоичной псевдослучайной последовательностью с периодом повторения Т₁ и квадратурную компоненту, сдвинутую по фазе на 90 градусов, манипулируют по фазе двоичной псевдослучайной последовательностью с периодом повторения Т₂, а принимаемый радиосигнал подают на два коррелятора, на выходах которых измеряют значения задержек τ₁ и τ₂ соответственно для каждой последовательности и затем вычисляют полную задержку сигнала , прямо пропорциональную измеряемой дальности, в диапазоне от 0 до , где НОК - операция нахождения наименьшего общего кратного; N₁, N₂ - число символов последовательностей; , - тактовые частоты последовательностей; Р, Θ - числитель и знаменатель простой дроби , аппроксимирующей отношение периодов повторения манипулирующих последовательностей; Θ^-1 - величина, обратная Θ по модулю Р; int - операция нахождения целой части числа; mod - операция сравнения по модулю.