Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой



Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой
Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой
Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой
Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой
Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой
Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой
Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой
Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой
Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой
Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой
Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой
Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой
Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой

Владельцы патента RU 2719631:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" (RU)

Изобретение относится к пассивным радиосистемам, предназначенным для наблюдения за движущимися объектами в радиодиапазоне длин волн. Достигаемый технический результат – определение дальности до объекта в пассивном режиме работы радиоприемников и определение его пространственных координат. Указанный результат достигается за счет того, что для реализации способа определения координат движущегося объекта пассивной радиосистемой используют два взаимно удаленных и ориентированных в пространстве радиоприемника с антенными решетками, которые принимают отраженный от движущегося объекта радиосигнал, переданный радиопередатчиком, расположенным отдельно от радиоприемников. По результатам обработки принятых сигналов на доплеровских частотах определяются угловые координаты объекта и орты векторов направлений на объект. Способ, в отличие от активных радиолокационных систем, позволяет в пассивном режиме наблюдения за объектом определить дальности до объекта и его пространственные координаты на основе решения системы уравнений для сопряженных векторов направлений на объект.

 

Изобретение относится к пассивным радиосистемам, предназначенным для наблюдения за движущимися объектами в радио диапазоне длин волн.

Система состоит из двух взаимно удаленных и ориентированных в пространстве радиоприемников с антенными решетками (АР), составленными из нескольких приемных элементов, которые принимают отраженный от объекта радиосигнал. Ориентация задается матрицей Р поворота трех осей координат второго приемника по отношению к первому приемнику и базовым вектором b, соединяющим центры двух прямоугольных систем координат.

Радиопередатчик, расположенный отдельно от радиоприемников, посылает в отдельные моменты времени t периодический радиосигнал s(t) c известными параметрами в сторону области пересечения диаграмм направленности антенн (ДНА) радиоприемников, которую пересекает движущийся с определенной скоростью объект наблюдения (воздушный или наземный).

Радиоприемники принимают отраженный от объекта полезный радиосигнал, а также помехи в виде сигналов переотражения от местности, возникающие с некоторой задержкой во времени по отношению к полезному сигналу. Присутствуют шумы аппаратуры.

Принятые в радиоприемниках радиосигналы s1(t) и s2(t) проходят первичную обработку, преобразуются в q-x измерительных каналах (по числу Q приемных элементов АР) в комплексные спектры на j-х доплеровских частотах ƒj. После чего выделяются спектральные составляющие соответствующие доплеровской частоте объекта, которые поступают на устройство (или алгоритм) определения угловых координат объекта (азимута и угла места).

Известные способы определения угловых координат объекта по совокупности выделенных комплексных амплитуд в приемопередающем радиоприемнике. Например, способы, основанные на моноимпульсном [1] и фазовом [2] методах. Для повышения точности выделения комплексных амплитуд известен также способ [3]. Результатом применения данных способов являются угловые координаты объекта (азимут и угол места) ϕ и θ, найденные в системе координат радиоприемника.

Однако для определения пространственных координат объекта в пассивном режиме наблюдения необходимо знать радиальные дальности r1 и r2 до объекта. Способы [1-3] рассчитаны на активные радиосистемы с приемопередающими антеннами, где дальности определяются по временной задержке переданного сигнала, и не применимы для пассивных наблюдений.

Известен способ [4] для пассивной системы, состоящей из стереопары пространственно удаленных и взаимно ориентированных приемников, где дальности r1 и r2 определяются на основе ортов а1 и а2 векторов М1=r1а1 и М2=r2а2 направлений на объект. Орты находятся на основе измеренных в i-х приемниках (i=1, 2) угловых координат объекта ϕi, θi по формуле:

в местных системах координат Oi,Xi,Yi,Zi, где оси OiZi направлены в сторону объекта, оси OiXi и OiZi расположены в горизонтальной плоскости, ось OiYi - в вертикальной, угол ϕi отсчитывается от оси OiZi в плоскости Oi,Xi,Zi, угол θi - в вертикальной плоскости относительно Oi,Xi,Zi.

Дальности r1 и r2 находятся из условия сопряжения векторов М1 и М2:

где - вектор а2, пересчитанный в систему координат первого приемника; е - вектор ошибок сопряжения. Из (2) методом наименьших квадратов определяется вектор оценок дальностей до объекта:

Соединение двух подходов представляет сущность предлагаемого способа определения пространственных координат движущегося объекта. Рассмотрим в качестве прототипа способ [2], который применительно к пассивному наблюдению сводится к следующему.

1. Центры приемных элементов АР в плоскости антенны радиоприемника располагают в точках с координатами (x1,y1)=(d/2,0), (х22)=(0, d/2), (х33)=(-d/2,0), (х44)=(0, -d/2), где d - базовое расстояние между центрами приемных элементов.

2. При данном направлении линии визирования антенны фиксируют поступление полезного сигнала sq{t) на промежутке времени до момента прихода переотраженных сигналов одновременно в q-x приемных каналах: горизонтальном (для 1-го и 3-го приемных элементов) и вертикальном (для 2-го и 4-го приемных элементов).

3. Формируют в цифровой форме временные последовательности sq(tj), (n - число временных отсчетов), которые подвергают дискретному преобразованию Фурье (ДПФ). В результате преобразуются в комплексные спектры в q-x каналах,

4. Выделяют спектральные составляющие сигнала на доплеровской частоте ƒj, амплитуда которых превышает порог обнаружения полезного сигнала во всех q-x каналах.

5. Находят аргументы комплексных величин - фазы и вычисляют разности фаз по азимуту ϕ для горизонтальных каналов (q=1 и 3) и по углу места θ для вертикальных каналов (q=2 и 4):

Δψϕ = ψ13, Δψθ = ψ24.

6. Для полученных разностей фаз вычисляют угловые координаты по формуле (λ - длина волны):

Недостаток данного способа заключается в том, что в пассивном режиме работы радиоприемника невозможно найти дальность r до объекта и определить его пространственные координаты.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение этого недостатка, а именно на определение дальности до объекта в пассивном режиме работы радиоприемников и нахождение его пространственных координат.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой, который заключается в приеме радиосигнала отражения от объекта антенной радиоприемника с четырьмя приемными элементами, преобразовании этого сигнала в четырех измерительных каналах в спектральные последовательности на доплеровских частотах, выделении четырех спектральных составляющих на доплеровской частоте объекта, нахождении из них разностей фаз и вычислении угловых координат азимута и угла места положения объекта умножением найденных разностей фаз на известный коэффициент, отличающийся тем, что к первому радиоприемнику добавляют второй радиоприемник, пространственно удаленный и взаимно ориентированный с первым матрицей Р поворота осей и базовым вектором b, принимают в радиоприемниках радиосигнал, переданный отдельно расположенным радиопередатчиком и отраженный от объекта, выделяют из принятого сигнала спектральные составляющие на доплеровской частоте объекта в измерительных каналах, определяют из них разности фаз в горизонтальном и вертикальном каналах и умножением разностей фаз на известный коэффициент вычисляют угловые координаты азимута и угла места положения объекта в системах координат двух радиоприемников, после чего на основе найденных угловых координат определяют орты а1 и а2 векторов направлений на объект, преобразуют орт а2 в орт умножением его слева на матрицу Р и вычисляют на основе координат двух векторов a1, матрицу Н, далее умножают матрицу Н справа на базовый вектор b и получают вектор оценок дальностей r1 и r2 до объекта, затем умножают дальности на орты а1, а2 и находят векторы М1=r1а1 и М2=r2а2 пространственных координат объекта в системах координат двух приемников.

Алгоритмически способ сводится к следующему.

1. Размещают два взаимно удаленных и ориентированных в пространстве радиоприемника с антеннами в виде АР из четырех приемных элементов.

2. Радиопередатчик, расположенный отдельно от приемников, посылает в определенные моменты времени t периодический радиосигнал s(t) с известными параметрами в сторону области пересечения ДНА приемников, которую пересекает движущийся объект.

3. Радиоприемники принимают отраженные от объекта сигналы соответственно s1(t) и s2(t), которые в трактах первичной обработки преобразуются в цифровой форме во временные n-последовательности в q-х приемных каналах каждого i-го приемника (i=1, 2). Временные поледовательности преобразуются с помощью ДПФ в комплексные спектры на j-x доплеровских частотах

4. Выделяются комплексные спектральные составляющие и спектров, соответствующие доплеровской частоте движущегося объекта ƒj. Находятся аргументы комплексных величин - фазы и вычисляются разности фаз п азимуту ϕ для горизонтальных каналов (q=1, 3) и по углу места θ для вертикальных каналов (q=2, 4): Δψ = ψi1i3, Δψ = ψi2i4, i=1, 2.

Для полученных разностей фаз находятся оценки угловых координат (4):

ϕi = kΔψ, θi = kΔψ, k=λ/(πd), i=1, 2.

5. Для найденных угловых координат ϕi, θi, i=1, 2, определяются орты а1 и а2 векторов направлений на объект по формуле (1). Координаты орта второго приемника преобразуются в систему координат первого приемника умножением а2 справа на матрицу Р поворота осей: Из координат двух векторов составляется матрица А по формуле (2) и вычисляется матрица Н по формуле (3).

6. Вычисляется вектор R оценок дальностей r1 и r2 до объекта умножением матрицы Н справа на базовый вектор b по формуле (3), и умножением ортов а1, а2 на дальности r1, r2 находятся векторы М1=r1а1 и М2=r2а2 пространственных координат объекта в системах координат двух приемников.

Предложенный способ, в отличие от активных радиотехнических систем, позволяет в пассивном режиме наблюдения за объектом определить дальности до объекта и его пространственные координаты на основе решения системы уравнений для сопряженных векторов направлений на объект.

Способ может найти применение в пассивных радиотехнических системах слежения за движущимися объектами.

Литература

1. Патент RU 2534224.

2. Патент RU 2572357.

3. Патент RU 2661913.

4. Патент RU 2681518.

Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой, заключающийся в приеме радиосигнала отражения от объекта антенной радиоприемника с четырьмя приемными элементами, преобразовании этого сигнала в четырех измерительных каналах в спектральные последовательности на доплеровских частотах, выделении четырех спектральных составляющих на доплеровской частоте объекта, нахождении из них разностей фаз и вычислении угловых координат азимута и угла места положения объекта умножением найденных разностей фаз на известный коэффициент, отличающийся тем, что к первому радиоприемнику добавляют второй радиоприемник, пространственно удаленный и взаимно ориентированный с первым матрицей Р поворота осей и базовым вектором b, принимают в радиоприемниках радиосигнал, переданный отдельно расположенным радиопередатчиком и отраженный от объекта, выделяют из принятого сигнала спектральные составляющие на доплеровской частоте объекта в измерительных каналах, определяют из них разности фаз в горизонтальном и вертикальном каналах и умножением разностей фаз на известный коэффициент вычисляют угловые координаты азимута и угла места положения объекта в системах координат двух радиоприемников, после чего на основе найденных угловых координат определяют орты а1 и а2 векторов направлений на объект, преобразуют орт а2 в орт умножением его слева на матрицу Р и вычисляют на основе координат двух векторов матрицу Н, далее умножают матрицу Н справа на базовый вектор b и получают вектор оценок дальностей r1 и r2 до объекта, затем умножают дальности на орты а1, а2 и находят векторы М1=r1a1 и М2=r2a2 пространственных координат объекта в системах координат двух приемников.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области первичной обработки радиолокационных сигналов и может быть использовано в бортовой радиолокационной станции (БРЛС) истребителя для расширения ее функциональных возможностей при обнаружении групповой воздушной цели (ГВЦ) в условиях воздействия помех типа DRFM по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны (ДНА).

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат (ПК) источника радиоизлучения (ИР), находящегося на стационарном или подвижном объекте.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат (ПК) объекта, в том числе, подвижного. Достигаемый технический результат - обеспечение однозначного определения ПК объекта.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при измерении угла места (УМ) воздушного объекта в метровом диапазоне электромагнитных волн.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано при разработке перспективных многопозиционных радиолокационных систем и их модернизации. Достигаемый технический результат - повышение достоверности и точности отождествления воздушных объектов в режиме многоцелевого сопровождения для двухпозиционных радиолокационных систем.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах наблюдения за радиотехнической обстановкой в составе комплекса или как автономное устройство.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в однопозиционных системах скрытного контроля наземного, морского и воздушного пространства, осуществляющих траекторное сопровождение подвижных объектов по прямым радиосигналам их бортовых радиопередатчиков и копиям этих радиосигналов, отраженным посторонними отражателями в виде естественных неоднородностей рельефа местности или стационарных и подвижных объектов искусственного происхождения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного, морского и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в однопозиционных системах скрытного контроля наземного, морского и воздушного пространства, осуществляющих траекторное сопровождение подвижных объектов по прямым радиосигналам их бортовых радиопередатчиков и копиям этих радиосигналов, отраженным посторонними отражателями в виде естественных неоднородностей рельефа местности или стационарных и подвижных объектов искусственного происхождения.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения начальной скорости снаряда, являющейся одной из важнейших баллистических характеристик оружия, оказывающей влияние на его боевые свойства.

Изобретение относится к беспроводной связи. В беспроводном устройстве (UE) для формирования сообщений по измерениям при позиционировании принимают вспомогательную информацию сети из сетевого узла.

Изобретение относится к области управления радиоэлектронными средствами, в качестве которых для решения задач контроля окружающего пространства используются неэргатические мобильные роботизированные автоматические радиоэлектронные средства (НЭМРАРЭС).

Изобретение относится к области радиотехнических систем и может быть использовано, например, для пассивного определения местоположения объекта с приемником сигналов авиационных телекоммуникационных систем.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в однопозиционных системах скрытного контроля наземного, морского и воздушного пространства, осуществляющих траекторное сопровождение подвижных объектов по прямым радиосигналам их бортовых радиопередатчиков и копиям этих радиосигналов, отраженным посторонними отражателями в виде естественных неоднородностей рельефа местности или стационарных и подвижных объектов искусственного происхождения.

Изобретение относится к области радиосвязи. Техническим результатом является повышение точности определения местоположения.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в наземных системах обзорной радиолокации. Достигаемый технический результат – высокоточное определение координат и траекторий перемещающихся в пространстве воздушно-космических объектов (ВКО) в расширенной рабочей зоне.

Изобретение относится к системам позиционирования. Техническим результатом является повышение точности определения местоположения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиомониторинга при решении задачи скрытого определения координат источника радиоизлучения (ИРИ), в условиях априорной неопределенности относительно поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех, когда налагаются ограничения на габаритные размеры пеленгаторной антенной системы, в частности для определения координат ИРИ с борта летательного аппарата (ЛА).

Изобретение относится к области космонавтики, а именно к технике выполнения траекторных измерений и определения параметров орбиты искусственного спутника Земли (ИСЗ), и может быть использовано на наземных и бортовых комплексах управления полетом ИСЗ для точного определения текущих параметров движения ИСЗ.

Изобретение относится к беспроводной связи. Беспроводное устройство обслуживается первым сетевым узлом при приеме запроса позиционирования, запрашивающего у беспроводного устройства инициировать процедуру мультилатерации.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах беспроводной связи. Технический результат состоит в повышении пропускной способности передачи.

Изобретение относится к пассивным радиосистемам, предназначенным для наблюдения за движущимися объектами в радиодиапазоне длин волн. Достигаемый технический результат – определение дальности до объекта в пассивном режиме работы радиоприемников и определение его пространственных координат. Указанный результат достигается за счет того, что для реализации способа определения координат движущегося объекта пассивной радиосистемой используют два взаимно удаленных и ориентированных в пространстве радиоприемника с антенными решетками, которые принимают отраженный от движущегося объекта радиосигнал, переданный радиопередатчиком, расположенным отдельно от радиоприемников. По результатам обработки принятых сигналов на доплеровских частотах определяются угловые координаты объекта и орты векторов направлений на объект. Способ, в отличие от активных радиолокационных систем, позволяет в пассивном режиме наблюдения за объектом определить дальности до объекта и его пространственные координаты на основе решения системы уравнений для сопряженных векторов направлений на объект.

Наверх