Способ определения координат воздушных целей в многопозиционной системе наблюдения "навигационные спутники - воздушные цели - приемник"

Изобретение относится к радиолокации, а именно к системам определения местоположения воздушных судов многопозиционной неизлучающей системой наблюдения «навигационные спутники - воздушные цели - приемник», в которой для подсвета воздушных целей используются сигналы навигационных спутников глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Достигаемый технический результат - определение местоположения нескольких воздушных целей многопозиционной радиолокационной системой по измерениям сумм расстояний от целей до спутников и приемника, координаты которых известны, прямым, безытерационным методом, использующим прямое решение системы нелинейных уравнений для расчета координат. Технический результат достигается тем, что в многопозиционной системе наблюдения, состоящей из N спутников и приемника, определение координат воздушных целей осуществляется на основе измерений по рассеянным сигналам расстояний Rnm=rnm+rm (rnm - расстояние от n-го спутника, n=1, 2, …, N, до m-й воздушной цели, m=1, 2, …, М, rm - расстояние от m-й цели до приемника), вдоль пути распространения «n-й навигационный спутник - m-я воздушная цель - навигационный приемник» рассчитываются NM возможных вариантов координат воздушных целей xцm, yцm, zцm с помощью соответствующей системы уравнений, оценка неизвестных координат xцm, yцm и zцm находится из решения системы уравнений с применением аппарата псевдообратных матриц. После расчета NM возможных вариантов координат целей, связанных с NM возможными комбинациями расстояний, по определенному критерию принимают решение о принадлежности истинных координат той или иной цели. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к радиолокации, а именно к системам определения местоположения воздушных судов многопозиционной неизлучающей системой наблюдения «навигационные спутники - воздушные цели - приемник», в которой для подсвета воздушных целей используются сигналы навигационных спутников глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС).

Многопозиционная неизлучающая система наблюдения «навигационные спутники - воздушные цели - приемник» имеет специфическую задачу, связанную с объединением в приемнике информации, поступающей от нескольких спутников и нескольких целей. Эта задача состоит в отождествлении рассчитываемых координат с соответствующими целями.

Одной из задач, решаемых при радиолокационном наблюдении является задача определения координат целей источников излучений, измеренных в различных приемных устройствах [1].

Известен способ многопозиционной радиолокации [2], заключающийся в излучении радиолокационных сигналов, синхронизированном приеме отраженных сигналов аппаратурой разнесенных позиций, объединении и совместной обработке сигналов и информации для обнаружения воздушных целей, измерения их координат, определения параметров траекторий и последующего отождествления, в котором аппаратурой разнесенных позиций осуществляют синхронизированные излучение и прием сигналов с использованием линий электропередачи.

Известна многопозиционная система определения местоположения воздушных судов [3], содержащая наземный радиозапросчик и самолетный ответчик, соединенные линией запроса, не менее трех приемников ответных сигналов, соединенных с самолетным ответчиком по линиям ответа.

Однако эти способы не предназначены для определения координат воздушных целей в неизлучающей многопозиционной системе наблюдения «навигационные спутники - воздушные цели - приемник».

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения координат воздушной цели в многопозиционной системе наблюдения «навигационные спутники - воздушная цель - приемник» [4], в основу которого положен разностно-дальномерный навигационный метод определения координат.

Однако в этом источнике рассматривается способ определения координат только одной цели. Наличие же нескольких целей приводит к возникновению ложных координат реально не существующих объектов наблюдения, которые необходимо исключить. Кроме того, в этом способе при расчете координат используется итерационный метод наименьших квадратов, приводящий к возникновению дополнительных погрешностей, обусловленных приближенным методом решения.

Задачей предлагаемого изобретения является определение местоположения нескольких воздушных целей многопозиционной радиолокационной системой по измерениям сумм расстояний от целей до спутников и приемника, координаты которых известны, прямым, без итерационным методом, использующим прямое решение системы нелинейных уравнений для расчета координат.

Технический результат достигается тем, что в многопозиционной системе наблюдения, состоящей из N спутников и приемника, определение координат воздушных целей осуществляется следующим образом:

- на основе измерений по рассеянным сигналам расстояний Rnm=rnm+rm (rnm - расстояние от n-го спутника n=1, 2, …, N, до m-й воздушной цели m=1, 2, …, М, rm - расстояние от m-й цели до приемника) вдоль пути распространения «n-й навигационный спутник - m-я воздушная цель - навигационный приемник» рассчитываются NM возможных вариантов координат воздушных целей xцm, yцm, zцm с помощью системы уравнений

где

хn, yn, zn, n=1, 2, …, N - координаты спутников, εn, n=1, 2, …, N - погрешность оценки расстояний,

- оценка неизвестных координат xцm, yцm и zцm находится из решения системы уравнений с применением аппарата псевдообратных матриц в следующем виде

где - псевдообратная матрица.

- формируется сумма где

- координатами М целей берутся координаты, рассчитанные с помощью системы уравнений, имеющие номера, равные номерам М минимальных значении сумм из NM возможных.

На Фиг. 1 приведена функциональная схема определения координат воздушных целей в многопозиционной системе наблюдения «навигационные спутники - воздушные цели - приемник», рассматриваемая в данном способе.

В способе определения координат воздушных целей в многопозиционной системе наблюдения «навигационные спутники - воздушные цели - приемник» задействованы N навигационных спутников 11, 12, …, 1N с координатами xn, yn, zn, где n=1, 2, …, N(N>4), М воздушных целей 31, 32, …, 3M с искомыми координатами xцm, yцm, zцm, где m=1, 2, …, М, приемник 2 с координатами x, y, z.

N навигационных спутников 11, 12, …, 1N, излучая сигналы, осуществляют подсветку М воздушных целей 31, 32, …, 3M. Приемник 2 принимает навигационные сигналы от спутников 11, 12, …, 1N и подсветку от воздушных целей 31, 32, …, 3M.

Особенность сформулированной цели изобретения состоит в том, что в приемнике 2 неизвестно какой из m-ой воздушной цели (m=1, 2, …, М) принадлежит расстояние «n-й навигационный спутник - m-я воздушная цель - приемник». Из-за этого возникает большое число L=NM возможных вариантов координат целей, из которых необходимо найти истинные координаты воздушной цели 3m.

Отраженные от воздушной целей 31, 32, … 3M сигналы поступают в приемник 2, находящийся в зоне действия системы наблюдения, с известными координатами (x, y, z).

Приемник 2 наряду с навигационными сигналами прямого распространения принимает навигационные сигналы, рассеянные воздушными целями 31, 32, … 3M с неизвестными координатами xцm, yцm, zцm, находящимися в зоне действия многопозиционной системы наблюдения. Навигационные сигналы, рассеянные воздушной целью, выделяют на фоне навигационных сигналов прямого распространения одним из оценочно-корреляционно-компенсационных методов [5]. По рассеянным сигналам осуществляется измерение расстояний Rnm=rnm+rm (rnm - расстояние от n-го спутника до m-й цели, rm - расстояние от m-й цели до приемника) вдоль пути распространения «n-й навигационный спутник - m-я воздушная цель - приемник», соответствующее выражение для которых имеет следующий вид:

где - расстояние от n-го спутника до m-ой воздушной цели, - расстояние от m-ой воздушной цели до приемника 2.

После избавления от квадратного корня это уравнение примет вид

С использованием этого уравнения искомые возможные координаты m-ой воздушной цели xцm, yцm, zцm (m=1, 2, …, М) свяжем с расстояниями Rnm (n=1, 2, …, N) вдоль пути распространения «n-й навигационный спутник - m-я воздушная цель - приемник» с помощью системы уравнений

или, после раскрытия скобок

В этой системе будем искать возможные координаты xцm, yцm, zцm воздушной цели 3m и расстояние rm - от воздушной цели 3m до приемника 2. Заметим, что введение в систему переменной rm взамен в дальнейшем позволит избавиться от квадратных корней и даст возможность реализовать прямой способ расчета координат.

Система уравнений (1), является нелинейной. Она содержит неизвестные параметры в степени 2.

Проведем линеаризацию этой системы. Вычитая из каждого i-го уравнения уравнение с номером i+1 и приводя подобные члены, получим систему из N-1 линейных уравнений

Матричная форма системы этих уравнений относительно искомых координат хцm, yцm, zцm воздушной цели 3m и расстояния r0 имеет вид

где

Оценку координат хцm, yцm, zцm воздушной цели 3m найдем решением системы (2) с применением аппарата псевдообратных матриц [6] в следующем виде

где - псевдообратная матрица.

Таким образом определен возможный вариант пространственных координат одной из воздушных целей 3m в многопозиционной системе наблюдения «n-й навигационный спутник - m-я воздушная цель - приемник» путем прямого решения системы уравнений, связывающей искомые координаты с расстояниями вдоль пути распространения «n-й навигационный спутники - m-я воздушная цель - приемник».

После расчета NM возможных вариантов координат целей, связанных с NM возможных комбинаций расстояний, необходимо решить задачу отождествления, заключающуюся в принятии решения о принадлежности истинных координат той или цели. Для решения задачи отождествления сформулируем критерий принадлежности рассчитанных возможных координат соответствующим целям.

Координаты целей xцm, yцm, zцm должны быть связаны с измеренными расстояниями Rnm вдоль трассы распространения «n-й спутник - m-я цель - приемник» с помощью уравнения. Составим N равенств, соответствующих n-м спутникам для каждой m-й цели, сигналы которых регистрируются в приемнике

Сформируем сумму модулей Эта сумма будет иметь минимальное значение, когда координаты цели, будут соответствовать измеренным до нее расстояниям от N передатчиков. Поэтому в качестве критерия оптимальной оценки координат предлагается использовать эту сумму. То есть критерием отождествления рассчитанных координат, соответствующих М воздушным целям, будет М минимальных значений сумм из NM возможных.

Литература.

1. Теоретические основы радиолокации под ред. проф. Ширмана Я.Д. - М.: Сов. радио, 1970, стр. 494-495.

2. Патент 2332684. Куликов А.Л. Способ многопозиционной радиолокации и устройство для его осуществления. Заявл. 24.01.2007. Опубл. 27.08.2008. Бюл. №24.

3. Патент 2584689. Майков Г.Н. и др. Многопозиционная система определения местоположения воздушных судов. Заявл. 11.11.2014. Опубл. 20.05.2016. Бюл. №14.

4. Кирюшкин В.В., Черепанов Д.А., Дьяконов Е.А. Определение координат воздушной цели в многопозиционной системе наблюдения «навигационные спутники - воздушная цель - навигационный приемник». АО «Концерн «Созвездие». Теория и техника радиосвязи. №2. 2016. С. 29-35.

5. Патент 2591052 РФ, МПК G01S 5/06, G01S 13/95 Способ обнаружения и оценки радионавигационных параметров сигнала космической системы навигации, рассеянного воздушной целью, и устройство его реализации / В.В. Кирюшкин (РФ), Д.А. Черепанов (РФ), А.А. Дисенов (РФ) и др.; Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU), Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU) - №2014101847; Заявлено 21.01.2014. Опубл. 10.07.2016. Бюл. 19. 9 с.: 1 ил.

6. Маркин В.Г. Расчет координат объектов в разностно-дальномерной системе и анализ погрешностей расчета // Радиотехника. 2013. №12. С. 81-85

Способ определения координат воздушных целей в многопозиционной системе наблюдения «навигационные спутники - воздушные цели - приемник», состоящей из N спутников и приемника, осуществляющий

- расчет NM возможных вариантов координат воздушных целей на основе измерений по рассеянным сигналам расстояний Rnm=rnm+rm (rnm - расстояние от n-го спутника, n=1, 2, …, N, до m-й воздушной цели, m=1, 2, …, М, rm - расстояние от m-й цели до приемника) вдоль пути распространения «n-й навигационный спутник - m-я воздушная цель - приемник» xцm, yцm, zцm из системы уравнений

,

где

,

,

хn, yn, zn, n=1, 2, …, N - координаты спутников, εn, n=1, 2, …, N - погрешность оценки расстояний,

- оценку неизвестных координат xцm, yцm, zцm из решения системы уравнений с применением аппарата псевдообратных матриц в виде

,

где - псевдообратная матрица,

- формирование суммы , где

,

- выбор координат М целей, рассчитанных с помощью системы уравнений, имеющих номера L, равные номерам М минимальных значений сумм из NM возможных.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиолокации, может быть использовано в аппаратуре обнаружения целей на фоне комбинированных помех - активных излучений и пассивных отражений.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения местоположения объектов по внешним радиоизлучениям, в том числе радиомаяков, радио- и телецентров.

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в радиолокационных системах с синтезированием апертуры и непрерывным линейно-частотно-модулированным (ЛЧМ) излучением беспилотных летательных аппаратов для картографирования земной (морской) поверхности.

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы для защиты радиолокационных станций (РЛС) от малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

Изобретение относится к конструкции досмотровых рамок, предназначенных для обнаружения взрывчатых веществ (ВВ) и других запрещенных предметов на теле человека в местах большого скопления людей в аэропортах, морских и речных вокзалах, театрах, стадионах и пр.

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационным станциям (РЛС) кругового обзора для обнаружения и определения местоположения движущихся целей в ультракоротковолновом диапазоне электромагнитных волн (ЭМВ), и может быть использовано в системах управления воздушным движением (УВД).

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано для обнаружения и измерения расстояний до разного рода подвижных и неподвижных объектов при реализации в РЛС зондирующего составного линейно-частотно-модулированного (ЛЧМ) импульса, а также может быть использовано в радиолокации и гидролокации, в тех областях и сферах деятельности, где необходимо измерять расстояния до недоступных объектов.

Изобретение относится к навигации, в том числе радионавигации, и может использоваться для определения дальности между фазовыми центрами антенн двух объектов, перемещающихся относительно друг друга, и управления их движением в зонах навигации.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат движущегося объекта и управления его движением в зонах навигации.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат движущегося объекта и управления его движением в зонах навигации.

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационным станциям (РЛС) кругового обзора для обнаружения и определения местоположения движущихся целей в ультракоротковолновом диапазоне электромагнитных волн (ЭМВ), и может быть использовано в системах управления воздушным движением (УВД).

Изобретение относится к радиолокационным способам обнаружения и определения подвижных и неподвижных надводных объектов, их координат и параметров движения на дальностях прямой видимости до 800 км с использованием радиолокаторов на летательных аппаратах.

Изобретение относится к системам радиоконтроля для определения координат местоположения источников радиоизлучения (КМПИРИ) УКВ-СВЧ диапазонов как цифровых, так и аналоговых видов связи, сведения о которых отсутствуют в базе данных (например, государственной радиочастотной службы).

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для повышения помехозащищенности импульсно-доплеровской бортовой радиолокационной станции (БРЛС) при ее работе на излучение и обнаружении воздушной цели (ВЦ) - носителя станций радиотехнической разведки (РТР) и активных помех (АП).

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для стабилизации уровня ложных тревог при обнаружении сигналов. Технический результат - повышение уровня правильного обнаружения малозаметных целей, уменьшение количества ложных помех и ложных обнаружений.

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении или модернизации вращающихся многофункциональных радиолокационных систем (ВМРЛС) с фазированными двухмерными антенными решетками (ФАР) с электронным сканированием для обзора воздушного пространства.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения координат местоположения источников радиоизлучения (КМПИРИ) УКВ-СВЧ диапазонов, как цифровых, так и аналоговых видов связи, сведения о которых отсутствуют в базе данных (например, государственной радиочастотной службы).

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для любых летательных аппаратов, имеющих на борту радиолокационную систему обзора подстилающей поверхности.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения координат местоположения источников радиоизлучения (КМПИРИ) УКВ-СВЧ диапазонов как цифровых, так и аналоговых видов связи, сведения о которых отсутствуют в базе данных (например, государственной радиочастотной службы).

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения координат местоположения источников радиоизлучения (КМПИРИ) УКВ-СВЧ диапазонов как цифровых, так и аналоговых видов связи, сведения о которых отсутствуют в базе данных (например, государственной радиочастотной службы).

Способ ранжирования воздушных целей (ВЦ) с учетом их рубежей достижимости и радиусов поражения их авиационных средств поражения (АСП). Достигаемый технический результат - повышение достоверности ранжирования ВЦ.
Наверх