Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации



Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации
Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и устройство для его реализации

Владельцы патента RU 2719770:

Общество с ограниченной ответственностью "Специальный Технологический Центр" (RU)
федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Группа изобретений относится к радиотехнике и может быть использована в многопозиционных радиотехнических системах для определения координат заданного источника радиоизлучения (ИРИ) с кодовым и временным разделением каналов. Достигаемый технический результат - повышение точности местоопределения заданного ИРИ. Технический результат в способе достигается благодаря определению на подготовительном этапе центров элементарных участков контролируемого района (Xi, Yj), на основе которых формируют матрицу координат, для каждого элемента (Xi, Yj) всех K измерительных баз «периферийный пункт приема (ППП) - центральный пункт приема и обработки (ЦППО)», определяют эталонные значения разности времени приема сигнала τi,j,k, формируют K эталонных матриц, элементами каждой из которых является соответствующее координатам (Xi, Yj) эталонное значение τi,j,k, на основе рассмотренной совокупности операций по запоминанию и анализу принимаемых сигналов выделяют излучения только заданного ИРИ, вычисляют K взаимно-корреляционных функций (ВКФ) для соответствующих измерительных баз, формируют K корреляционных матриц путем замены элементов τi,j,k эталонных матриц на соответствующие им измеренные значения ВКФ, суммируют полученные корреляционные матрицы, за наиболее вероятное расположение заданного ИРИ принимают координаты точки (Xi, Yj), соответствующей максимальному значению элемента суммарной корреляционной матрицы. Устройство, реализующее способ, для достижения указанного технического результата дополнительно содержит введенные в центральный пост обработки четыре аналого-цифровых преобразователя, блок управления, тракт анализа, четыре блока памяти, тактовый генератор, вычислитель, блок формирования корреляционных матриц, блок формирования эталонных матриц, блок формирования матриц координат, сумматор и блок принятия решения с соответствующими связями. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 23 ил.

 

Заявленная группа изобретений относится к радиотехнике и может быть использована в многопозиционных радиотехнических системах для определения координат (ОК) заданных источников радиоизлучения (ИРИ) с кодовым или временным разделением каналов.

Известен способ измерения взаимной задержки MSK сигналов пакетных радиосетей в разностно-дальномерной системе местоопределения (см. Пат. РФ №2623094, МПК G01S 5/06, опубл. 22.06.2017, бюл. №18). Способ предполагает прием периферийными пунктами приема (ППП) разностно-дальномерной системы местоопределения (РДСМО) сигналов пакетных радиосетей, измерение времени прихода сигналов относительно единой шкалы времени, передачу по линии связи измеренных значений на центральный пункт приема и обработки (ЦППО), где вычисляют взаимные задержки сигналов τi,k, причем модуль взаимно- корреляционной функции (ВКФ) R(τ) вычисляют с помощью парциальных ВКФ, чем достигается повышение точности измерения τi,k.

Однако аналогу присущи недостатки, ограничивающие его применение. Основным из них является недостаточная точность ОК ИРИ. Аналогу присуща сложность реализации ППП. Способ предусматривает использование на всех ППП системы единого времени при измерении задержки сигналов. Кроме того, отсутствие привязки измеренных значений задержки сигнала на ППП к заданному источнику радиоизлучения при оценке их координат в условиях, когда работа нескольких ИРИ осуществляется на одной частоте (ИРИ с временным или кодовым разделением) приводит к ошибкам оценки координат ИРИ.

Известны Пат. РФ №№2258242, 2309420, 2521084 и др., эффективность применения которых резко падает при оценке координат ИРИ с временным или кодовым разделением каналов. В зависимости от длительности оценки задержек сигналов τi,k возникают ошибки ОК различной природы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения (см. Пат. №2539968, МПК G01S 3/46, опубл. 27.01.2015, бюл. №3).

Способ-прототип заключается в приеме сигналов ИРИ разнесенными в пространстве периферийными пунктами приема, связанными с ЦППО командными линиями связи и линиями аналоговой ретрансляции сигналов, причем по командным линиям связи с ЦППО на ППП передают команды настройки на частоту сигнала ИРИ, а по линиям аналоговой ретрансляции принятые в ППП сигналы ИРИ передают на ЦППО, где измеряют разности времени приема сигналов в ППП и ЦППО τi,k, i и k - номера ЦППО и ППП соответственно, при этом задержки τi,k определяют как аргумент максимизации модуля взаимно-корреляционной функции, а на их основе вычисление координат ИРИ.

Прототип обеспечивает уменьшение количества вычислений при оценке временных задержек, принимаемых на ППП сигналов ИРИ в реализуемой ЦППО процедуре. Кроме того, выполнение ППП максимально упрощено, что способствует широкому применению способа-прототипа в РДСМО. Каждый ППП представляет собой совокупность устройств, выделяющих радиосигналы ИРИ на фоне помех, а также устройств, организующих аналоговые линии ретрансляции.

Однако прототипу присущ недостаток, ограничивающий его применение: недостаточная точность определения координат ИРИ, а в ряде случаев он теряет работоспособность. Причиной ошибок ОК прежде всего является многолучевость распространения радиоволн. В результате последние приходят на измеритель с разных направлений и с разной задержкой. Ошибочное определение координат возникает и в тех случаях, когда на частоте искомого ИРИ работают несколько корреспондентов (ИРИ) с временным или кодовым разделением каналов, например, сети Wi-Fi, GSM 2G, UMTS и др.

Проиллюстрируем возникающую при этом проблему на плоскости для двух ИРИ, разработанных на одной частоте с временным разделением. Положим, что ЦППО находится в точке А (см. фиг. 1), два ППП располагаются в точках В и С. Искомый ИРИ в точке D, а второй ИРИ, работающий на той же частоте, находится в точке Е. Сплошными линиями отображены возможные положения искомого ИРИ по каждой паре ППП. Для второго ИРИ эти линии показаны пунктиром.

Если временной интервал накопления сигнала в ЦППО окажется много больше, чем интервал передачи данных в используемом стандарте связи (при временном разделении), в накапливаемом сигнале будут присутствовать излучения обеих ИРИ. Это приведет к ошибкам вычисления ВКФ и как следствие - к погрешностям измерения задержек сигнала τi,k. Последнее приводит к ошибкам определения местоположения ИРИ. Если мощность сигнала второго ИРИ на входе приемных трактов ППП окажется выше мощности сигнала искомого ИРИ, в ЦППО будут определены с погрешностями координаты второго ИРИ. Следовательно, это приведет к ошибочному определению местоположения второго ИРИ вместо искомого. При возникновении ситуации, когда мощность сигнала второго ИРИ окажется выше на части ППП, то результаты определения координат непредсказуемы (см. фиг. 2).

Ошибки измерений координат возможны и в ситуации, когда временной интервал накопления сигнала сопоставим с временем передачи данных в используемом стандарте связи. Они возникают при несогласованности начала интервалов накопления сигнала и передачи данных. Координаты искомого ИРИ будут также неправильно определены и в ситуации с согласованными интервалами «накопление - передача», но при работе второго ИРИ.

Целью заявляемого технического решения является разработка разностно-дальномерного способа определения координат ИРИ, обеспечивающего повышение точности местоположения заданного источника радиоизлучения в условиях работы на одной частоте нескольких ИРИ с временным или кодовым разделением каналов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном разностно-дальномерном способе определения координат ИРИ, основанном на приеме сигналов пространственно разнесенными периферийными пунктами приема, связанных с центральным пунктом приема и обработки командными линиями связи и линиями аналоговой ретрансляции сигнала, причем командными линиями связи с ЦППО на ППП передают команды настройки на частоту сигнала ИРИ, а по линиям аналоговой ретрансляции принятые в ППП сигналы ИРИ передают на ЦППО, где измеряется разность времени приема этих сигналов в ППП и ЦППО τk, где k ∈ 1, 2, …, N - номера ППП и измерительных баз ЦППО-ПППk соответственно, на основе которых выполняют определение координат ИРИ, на ЦППО на подготовительном этапе в прямоугольном виде задают контролируемый район (КР), а границы по оси 0х и 0у обозначают через А и В соответственно, КР делят на элементарные участки со сторонами а и b по осям 0х и 0у соответственно, площадь которых выбирают исходя из заданной точности Δd определения координат ИРИ, определяют координаты центров элементарного участка (Xi, Yj), на основе которых формируют матрицу координат N размерности А'×В', где Xi=ai, i=1, 2, …, А/а=А', Yj=bj, j=1, 2, …, B/b=В', для каждого элемента (Xi, Yj) матрицы координат N всех K измерительных баз определяют эталонные значения разности времени прихода сигнала на ЦППО и ПППk τi,j,k, формируют K эталонных матриц Mk, k=1, 2, …, K, элементами каждой из которых является соответствующее координатам (Xi, Yj) эталонное значение разности задержки прихода сигналов τi,j,k для k-й измерительной базы ЦППО - ПППk, а в процессе работы для учета разности времени приема сигнала вычисляют взаимно-корреляционную функцию (ВКФ) сигналов Rk[τ], принятых на k-м ППП, k=1, 2, …K, и на ЦППО, для значений временного сдвига в интервале τ ∈ (-c-1dk, c-1dk), где dk - расстояние между ЦППО и k-м ППП, с заданным шагом Δτ, соответствующим частоте дискретизации сигнала, на основе К эталонных матриц Mk формируют корреляционные матрицы Фk путем замены элементов задержки τi,j,k на соответствующие им измеренные значения ВКФ Rki,j], значения матриц Фk, k=1, 2, …, K, суммируют по всем K измерительным базам а за наиболее вероятное расположение ИРИ принимают координаты точки (Xi, Yj), соответствующей максимальному значению элемента матрицы

При этом измерение разности времени приема сигналов заданного ИРИ на ЦППО и ППП осуществляют на основе анализа преамбулы и заголовка текущего фрейма.

Благодаря новой совокупности существенных признаков за счет более полного учета полученной статистики результатов измерений в заявляемом способе обеспечивается повышение точности определения координат заданного ИРИ разностно-дальномерным способом в условиях работы нескольких ИРИ на одной частоте с временным или кодовым разделением каналов.

Известны устройства реализации разностно-дальномерного способа местоопределения ИРИ (см. Пат. РФ №2670142, 2363010, 2309420). Всем им присущ общий недостаток - низкая точность определения координат ИРИ. Кроме того, эффективность (работоспособность) их применения падает при ОК ИРИ с кодовым или временным разделением каналов.

Наиболее близким по технической сущности является устройство (см. Пат. РФ №2521084, G01S 3/46, опубл. 27.06.2014, бюл. №18, фиг. 1), реализующее РДСМО. Устройство-прототип содержит k периферийных пунктов приема и центральный пункт приема и обработки, причем каждый ППП состоит из последовательно соединенных тракта приема радиосигналов и тракта ретрансляции радиосигналов, а ЦППО содержит радиопередатчик, k+1 трактов приема радиосигналов и центральный пост обработки (ЦПО), k+1 входов которого соединены с выходами соответствующих трактов приема радиосигналов, а выход является выходной шиной ЦППО, первая входная шина которого является входом управления радиопередатчика и соединена с входами управления трактов приема радиосигналов ЦППО, предназначена для задания частоты настройки трактов приема радиосигналов.

Устройство-прототип обеспечивает некоторое повышение точности измерения координат ИРИ разностно-дальномерным способом за счет исключения процедуры ретрансляции сигналов с наихудшим отношением сигнал / шум.

Однако устройству присущи недостатки, ограничивающие его применение: точностные характеристики ОК снижаются в условиях многолучевости распространения радиосигналов. Кроме того, эффективность использования устройства (его точностные характеристики) дополнительно падает в условиях, когда на частоте искомого излучателя работает несколько корреспондентов с временным или кодовым разделением каналов.

Целью заявляемого технического решения является разработка устройства определения координат ИРИ на основе разностно-дальномерного способа, обеспечивающего повышение точности определения местоположения заданного источника радиоизлучения в условиях одновременной работы на одной частоте нескольких ИРИ с временным или кодовым разделением каналов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем K периферийных пунктов приема и центральный пункт приема и обработки, причем каждый ППП состоит из последовательно соединенных тракта приема радиосигналов и тракта ретрансляции радиосигналов, а ЦППО содержит радиопередатчик, предназначенный для реализации командной линии связи, K+1 трактов приема радиосигналов и центральный пост обработки, выход которого является выходной шиной ЦППО, причем K+1 входов ЦПО соединены с выходами соответствующих трактов приема сигналов, первая входная шина которого является входом управления радиопередатчика и соединена с входами управления трактов приема радиосигналов ЦППО, предназначена для задания частоты настройки ƒн трактов приема радиосигналов, центральный пост обработки содержит K+1 аналогово-цифровых преобразователей, входы которых являются соответственно K+1 входами ЦПО, K+1 блоков памяти, группы информационных входов которых соединены с выходами соответствующих аналого-цифровых преобразователей, вычислитель, предназначенный для нахождения взаимно-корреляционной функции (ВКФ) сигналов Rk[τ], принятых на k-м ППП, k=1, 2, …, K, и на ЦППО, для значений временного сдвига в интервале τ ∈ (-c-1dk, c-1dk), где dk - расстояние между ЦППО и k-м ППП, с заданным шагом Δτ, группа из K+1 входов вычислителя соединена с информационными выходами соответствующих K+1 блоков памяти, блок управления, предназначенный для задания длительности интервала анализа Δt и его начала t', тракт анализа, предназначенный для определения начала очередного фрейма t*, его длительности Δtp, вида модуляции МАС-фрейма и его демодуляции, определения адреса текущего пользователя Р, второй вход которого является вторым установочным входом ЦПО и третьей входной шиной ЦППО, предназначенной для задания адреса пользователя первый информационный вход тракта анализа соединен с выходом K+1-го аналого-цифрового преобразователя, а выход объединен с первыми входами управления K+1 блоков памяти и вторым входом блока управления, первый вход которого является первым установочным входом ЦПО и второй входной шиной ЦППО, предназначенной для задания интервала анализа Δt и его начала t', а выход соединен со вторыми входами управления блоков памяти и третьим входом тракта анализа, четвертая входная шина ЦППО, предназначена для задания координат ППП и ЦППО {X, Y}K+1, соединена с K+2 входом вычислителя и является третьим установочным входом ЦПО, последовательно соединенные блок формирования матрицы координат N, предназначенный для определения координат центров элементарных участков (Xi, Yj) контролируемого района и формирования на их основе матрицы координат N, блок формирования матриц эталонных значений Mk, предназначенный для вычислений задержек прихода сигнала для k-й измерительной базы ЦППО-ПППk, k=1, 2, …, K, соответствующей каждой координате (Xi, Yj), и формирования на их основе K эталонных матриц Mk, блок формирования корреляционных матриц Фk, предназначенный для формирования K корреляционных матриц, элементами которых являются значения ВКФ, соответствующие задержкам сигнала в элементах матриц эталонных значений Mk, сумматор и блок принятия решения, предназначенный для определения элемента матрицы с максимальным значением функции корреляции величина которой соответствует наиболее вероятному местоположению ИРИ с координатами (Xi, Yj), выход которого является выходом ЦПО и выходной шиной ЦППО, пятая входная шина которого предназначена для задания границ контролируемого района с помощью координат диаметрально расположенных точек (X, Y)A, (X, Y)B и размеров элементарных участков а и b, соединена с информационным входом блока формирования матрицы координат N и является четвертым входом ЦПО, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входами синхронизации K+1 аналого-цифровых преобразователей, блока управления, тракта анализа, блока формирования матриц эталонных значений Mk, блока формирования матрицы координат N, блока формирования корреляционных матриц Фk, сумматора, блока принятия решения и вычислителя, информационный выход которого соединен со вторым информационным входом блока формирования корреляционной матрицы.

Введение новых элементов и связей позволяет достигнуть цели изобретения - обеспечить повышение точности определения координат заданного ИРИ в условиях работы на одной частоте нескольких источников радиоизлучения с временным или кодовым разделением каналов.

Заявляемый способ поясняется чертежами, на которых:

на фиг. 1 иллюстрируется задача местоопределения ИРИ на плоскости для двух ИРИ (искомый D и второй Е), ЦППО (А), двух ППП (В и С);

на фиг. 2 показаны возможные результаты определения местоположения заданного ИРИ при обобщенных условиях измерений (мощность сигнала второго ИРИ Е выше на части ППП);

на фиг. 3 приведена структура преамбулы и заголовка PLCP передаваемого фрейма в стандарте IEEE 802.11b;

на фиг. 4 показана структура известных МАС-фреймов:

а) CTS МАС-фрейм;

б) PS-Poll МАС-фрейм;

в) CF-End МАС-фрейм;

г) CF-End+CF-Fck МАС-фрейм;

д) BlockAckRed МАС-фрейм;

на фиг. 5 приведена структура поля Frame Control МАС-фрейма;

на фиг. 6 иллюстрируется значение полей Туре и Subtype для различных типов фрейма;

на фиг. 7 показан обобщенный алгоритм работы разностно-дальномерного способа определения координат ИРИ в соответствии с заявляемым изобретением;

на фиг. 8 приведена обобщенная структурная схема устройства, реализующего данный способ;

на фиг. 9 - порядок задания контролируемого района:

а) задание границ контролируемого района;

б) формирование элементарных участков;

в) определение координат центров элементарных участков;

на фиг. 10 - порядок формирования матрицы координат N;

на фиг. 11 - порядок формирования первой из K:

а) эталонной матрицы Mk;

б) корреляционной матрицы Фk;

на фиг. 12 - пример визуализации значений задержки сигнала для ЦППО и ППП, где белым цветом показана максимальная задержка, а черным - минимальная в условиях присутствия отраженного сигнала;

на фиг. 13 приведено измеренное значение ВКФ для одной измерительной базы;

на фиг. 14 показан результат визуализации значений Rk[τ] на контролируемый район для одной измерительной базы;

на фиг. 15 приведены значения ВКФ для трех измерительных баз;

на фиг. 16 представлена визуализация суммы проекций ВКФ трех измерительных баз;

на фиг. 17 показана структурная схема тракта анализа;

на фиг. 18 приведен алгоритм работы блока поиска и анализа заголовка PLCP;

на фиг. 19 представлен алгоритм работы блока формирования матрицы координат N;

на фиг. 20 показан алгоритм работы блока формирования эталонных матриц Mk;

на фиг. 21 приведен алгоритм работы блока формирования корреляционных матриц Фk;

на фиг. 22 представлен алгоритм работы сумматора (формирователя суммарной корреляционной матрицы );

на фиг. 23 показан алгоритм работы блока принятия решения.

Предлагаемый способ ниже рассмотрен на примере широко используемых сетей Wi-Fi. Известно, что в стандарте IEEE 802.11b (см. Приложение Г (информационное). Стандарт IEEE 802.11a, b, g, n. Беспроводные сети передачи данных Wi-Fi. Электронный ресурс. HTTP://ab57.ru/soft/wifidoc.pdf. Дата обращения 23.01.2019) в режиме DSSS в начале каждого отправляемого фрейма данных содержится преамбула и заголовок PLCP, модулированные посредством DBPSK модуляции (см. фиг. 6). В преамбуле, в поле SFD находится индикатор начала фрейма в виде 0xF3A0. В заголовке PLCP содержится информация о способе модуляции самих данных (МАХ-фрейм) и их длина. В поле Signal находится информация о типе цифровой модуляции МАС-фрейма. Значение 0х0А соответствует DBPSK, а 0x14 DQPSK модуляции. Выполнив соответствующий вид демодуляции в начале МАС-фрейма определяют адрес пользователя (устройства ИРИ). Если МАС-адрес обнаруженного фрейма совпадает с МАС-адресом заданного ИРИ, местоопределение которого необходимо определить, то интервал времени, использованный для передачи от преамбулы до завершения данных (МАС-фрейм) целесообразно использовать для местоопределения.

Реализация заявляемого способа поясняется следующим образом (см. фиг. 7-16). На подготовительном этапе на ЦППО в прямоугольном виде задают контролируемый район (КР), а границы по оси 0х и 0у обозначают через А и В соответственно (см. фиг. 9а, б и в). Названный район делят на элементарные участки со сторонами а и b по осям 0х и 0у соответственно, площадь которых выбирают исходя из заданной точности Δd определения координат ИРИ. На практике, как правило, а=b. Определяют координаты центров элементарных участков (Xi, Yj) на основе которых формируют матрицу координат N размерности А'×В', где Xi=ai, Yj=bj, j=1, 2, …, B/b=В' (см. фиг. 10). Для каждого элемента (Xi, Yj) матрицы координат N всех K измерительных баз определяют эталонные разности времени прихода сигнала на ЦППО и ПППk τi,j,k в соответствии с выражением

где с - скорость света, (Х0, Y0) - координаты ЦППО, (Хk, Yk) - координаты k-го ППП, k=1, 2, 3 - номера ППП. С этой целью на подготовительном этапе задают координаты ЦППО и всех ППП.

Далее формируют K эталонных матриц Mk, k=1, 2, …, K, элементами каждой из которых является соответствующее координатам (Xi, Yj) эталонное значение разности задержке прихода сигнала τi,j,k для k-й измерительной базы ЦППО - ПППk (см. фиг. 11).

Пример визуализации значений задержки для ЦППО и одного ППП показан на фиг. 12. При этом белым цветом показана максимальная задержка, а черным - минимальная в условиях присутствия отраженного сигнала. Далее задают МАС-адрес пользователя длительность интервала анализа Δt и его начало t', частоту сигнала ƒн.

Обобщенная структурная схема устройства, реализующего данный способ, содержит три ППП (k ∈ 1, 2 и 3) и один ЦППО (k ∈ 4). Каждый ППП сигналов ИРИ с временным или кодовым разделением в общем виде представляет совокупность последовательно соединенных трактов приема сигналов ИРИ названных классов и трактов, реализующих аналоговую ретрансляцию излучений. ЦППО содержит радиопередатчик, предназначенный для реализации командной линии связи, совокупность из K+1 трактов приема радиосигналов (из них K трактов, предназначенных для приема ретранслированных ППП сигналов) и центральный пункт обработки в составе: блок управления, тракт анализа, K+1 аналогово-цифровых преобразователей (АЦП), K+1 блоков памяти, вычислитель, блок формирования матриц эталонных значений Mk, блок формирования матрицы координат N, блок формирования корреляционных матриц Фk, сумматор и блок принятия решения. При этом все ППП настраиваются на заданную частоту сигнала, значение которой поступает по командным каналам связи от ЦППО.

Сигналы ИРИ, принятые на ЦППО и ППП имеют вид

соответственно.

Последние с выходов приемных трактов ППП поступают на входы соответствующих трактов аналоговой ретрансляции и далее излучают в эфир.

На ЦППО эти излучения принимают с помощью соответствующих K приемных трактов и запоминаются на заданное время Δt. Одновременно с ними осуществляют прием сигналов этого ИРИ и на собственный K+1-вый приемный тракт в течение того же интервала времени Δt, в течение которого осуществляют их анализ.

Для этого принятые в K+1-м приемном тракте ЦППО сигналы с помощью АЦП и демодулятора (снимают DBPSK модуляцию), превращая аналоговый сигнал x4(t) в битовую последовательность a4(t) (см. фиг. 17). На его основе осуществляют поиск преамбулы и заголовка PLCP (см. фиг. 3). В преамбуле в поле SFD содержится значение 0xF3A0, которое служит индикатором начала фрейма. В заголовке PLCP в поле Signal содержится информация о способе цифровой модуляции самих данных (МАС-фрейма). Значение 0х0А соответствуют DBPSK модуляции, а 0x14-DQPSK модуляции. Кроме того, в заголовке PLCP содержится информация о длине данных в МАС-фрейме.

Известны МАС-фреймы различных типов: CTS - фиг. 3а, PS-Poll - фиг. 4б, CF-End - фиг. 4в, CF-End+CF-Ack - фиг. 4г, Block Ack Req - фиг. 4д. Помимо перечисленных, существуют и другие типы МАС-фреймов, однако в них отсутствует информация о МАС-адресах передающего устройства. Поэтому их использование затруднено для местоопределения ИРИ.

У всех фреймов в их начале есть поле Frame Control (см. фиг. 5), где содержится информация о типе данного фрейма - это поля Туре и Subtype. Значение этих полей для каждого фрейма показано на фиг. 6. В поле ТА у фреймов содержится МАС-адрес передающего устройства. Для получения названных данных необходимо предварительно выполнить цифровую демодуляцию МАС-фрейма в соответствии с содержимом поля Signal заголовке PLCP.

В случае совпадения МАС-адреса Р обнаруженного фрейма с заданным адресом устройства, участок сигнала с границами от начала преамбулы PLCP t* до конца МАС-фрейма t1 используют для нахождения взаимно-корреляционной функции Ф принятого сигнала Rk[τ]. При этом свертка принятых ЦППО и ППП сигналов Rk может осуществляться как в аналоговом, так и в дискретном виде. В случае использования дискретных сверток (предлагаемый вариант устройства) запомненные сигналы от ППП дополнительно оцифровывают.

Дополнительная синхронизация при измерении τk не требуется в связи с тем, что обработку всех K+1 сигналов осуществляют в одном месте. Нахождение задержек τk с последующим определением координаты ИРИ выполняют в соответствии со способом-прототипом.

Вычисление ВКФ сигналов Rk[τ], принятой k-й измерительной базой, k=1, 2, …, K, осуществляют для значений временного сдвига τ ∈ (-c-1dk; c-1dk), где - расстояние между ЦППО и k-м ППП с заданным шагом τ0 по формуле:

где τ - временной сдвиг между сигналами (задержка), u4(t), - сигнал, принятый на ЦППО и сопряженный с ним сигнал, uk(t), - сигнал, принятый на k-м ППП и сопряженный с ним сигнал. На фиг. 13 приведено значение ВКФ для одной измерительной базы.

После этого полученные значения каждой рассчитанной ВКФ Rk[τ] проецируют на элементы соответствующей k-й эталонной матрицы Mk (элементы зоны поиска). В матрице Mk каждый элемент τi,j,k соответствует определенной точке (Xi, Yj). По ранее полученным значениям τi,j,k для каждой точки (Xi, Yj) контролируемого района рассчитывают значения Rki,j] в соответствии с (3) и, следовательно, соответствующие этой точке. Названная операция соответствует формированию соответствующей (из набора в K) корреляционной матрицы Фk.

Формирование K корреляционных матриц Фk осуществляют путем проецирования полученных значений ВКФ Rki,j] в соответствующих местах эталонной матрицы Mk, а следовательно, в соответствующих точках (Xi, Yj).

На следующем этапе на зону поиска (матрицы Фk) значения Rk[τ] суммируют по всем K измерительным базам: За наиболее вероятное местоположение заданного ИРИ принимают координаты точки (Xi, Yj), соответствующее максимальному значению элемента матрицы

Такой подход к ОК заданного ИРИ обеспечивает повышение точности выполняемых измерений. Известно, что во взаимно-корреляционных функциях R[τ] присутствуют побочные максимумы от отраженных сигналов, иногда с максимальным значением (см. фиг. 13, 15). Последние имеют местоположение на временной оси не соответствующее положению ИРИ. В известных способах и устройствах это приводит к ошибкам измерений координат. В предложенном способе значение ВКФ R[τi,j] принимает максимальное значение (глобальный максимум) благодаря тому, что в точке (Xi, Yj) оно равно сумме величин корреляций, соответствующих местоположению истинным локальным максимумам Rk[τ] всех трех измерительных баз. В свою очередь локальные максимумы, полученные от переотраженных сигналов всех трех измерительных баз, будут распределены случайным образом. Их суммирование не дает глобального максимума ВКФ (см. фиг. 16). На фиг. 15 показаны ВКФ для трех измерительных баз, работающих по сигналам Wi-Fi. На первом и третьем графике ВКФ четко видны побочные пики от отраженных сигналов, причем на третьем графике побочный пик выше, чем истинный, соответствующий истинному положению ИРИ. На фиг. 16 представлена визуализация суммы проекций ВКФ на контролируемый район. Наблюдается пересечение трех линий, образованных истинными пиками ВКФ. Побочные пики не внесли ошибки при определении местоположения ИРИ.

Таким образом, имеет место следующая последовательность операций.

На подготовительном этапе:

1 Задание контролируемого района в прямоугольном виде по координатам двух диагонально расположенных точек, в котором будет осуществляться поиск и местоопределение заданных ИРИ с введением координат в одной из вершин. Границы по оси 0х и 0у обозначают через А и В соответственно (см. фиг. 9а).

2 КР делят на элементарные участки со сторонами а и b по осям 0х и 0у соответственно, площадь которых выбирают исходя из заданной точности Δd определения координат ИРИ (см. фиг. 9б).

3 Определяют координаты центров элементарных участков (Xi, Yj) (см. фиг. 9в).

4 На основе координат (Xi, Yj) формируют матрицу координат N размерности А'×B', где Xi=ai, i=1, 2, …, А/а=A', Yi=bj, j=1, 2, …, B/b=В' (см. фиг. 10).

5 Для каждого элемента (Xi, Yj) матрицы N и всех K измерительных баз определяют эталонные значения разности времени прихода сигнала на ЦППО и ПППk τi,j,k.

6 Формируют K эталонных матриц Mk, k=1, 2, …, K, элементами каждой из которых является соответствующее координатам (Xi, Yj) эталонное значение разности задержки прихода сигнала τi,j,k для k-й измерительной базы ЦППО - ПППk (см. фиг. 11).

В процессе работы:

1 Накопление в ЦППО сигналов за некоторый промежуток времени Δt от всех ППП и ЦППО.

2 Демодуляция накопленного сигнала, принятого собственно ЦППО и модулированного посредством DBPSK модуляции. В результате получают массив битов.

3 Поиск в массиве битов SFD кода - значения 0xF3A0 (11110011101000002).

4 Чтение заголовка PLCP - следующие 48 бит после SFD кода.

5 Определение способа модуляции МАС-фрейма: в поле Signal заголовка PLCP: значение 0х0А (000010102) соответствуют DBPSK модуляции, 0x14 (000101002) - DQPSK - модуляции.

6 Определение длины МАС-фрейма - поле Length заголовка PLCP.

7 Демодуляция МАС-фрейма.

8 Определение МАС-адреса устройства.

9 Если МАС-адрес устройства соответствует МАС-адресу искомого устройства, то выделяют часть сигнала, соответствующего началу преамбулы PLCP и окончанию МАС-фрейма, в противном случае начиная с конца текущего фрейма, осуществляется поиск следующего фрейма (пункт 3).

10 Вычисление взаимно-корреляционной функции сигналов Rk[τ], принятых на k-м ППП, k=1, 2, …, K, и на ЦППО для значений временного сдвига в интервале τ ∈ (-c-1dk, c-1dk), где dk - расстояние между ЦППО и k-м ППП, с заданным шагом Δτ (см. фиг. 12).

11 Формирование K корреляционных матриц Фk путем замены элементов задержки τi,j,k матриц Mk на соответствующие им измеренные значения ВКФ Rki,j].

12 Суммирование матриц Фk по всем K измерительным базам (см. фиг. 16)

13 Принятие за наиболее вероятное местоположение заданного ИРИ точки с координатами (Xi, Yj), соответствующей максимальному значению элемента матрицы

Положительный эффект в повышении точности определения координат достигается благодаря учету всей полученной статистики измерений пространственно-информационных параметров (значений взаимно-корреляционных функций), а не их дискретных значений.

Заявленное устройство определения координат ИРИ на основе разностно-дальномерного способа (см. фиг. 8) содержит K периферийных пунктов приема 1.1-1.K и центральный пункт приема и обработки 2, причем каждый ППП 1.1-1.K состоит из последовательно соединенных тракта приема радиосигналов 4 и тракта ретрансляции радиосигналов 5, а ЦППО 2 содержит радиопередатчик 7, предназначенный для реализации командной линии связи, K+1 трактов приема радиосигналов 8.1-8.K+1 и центральный пост обработки 3, K+1 входов которого соединены с выходами соответствующих трактов приема радиосигналов 8.1-8.K+1, а выход является выходной шиной 24 ЦППО 2, первая входная шина 6 которого является входом управления радиопередатчика 7 и соединена со входами управления трактов приема радиосигналов 8.1-8.K+1, предназначена для задания частоты настройки ƒн трактов приема радиосигналов 8.1-8K+1 ЦППО и опосредованно через радиостанцию 7 трактов приема радиосигналов 4.1-4.K ППП. ЦППО выполнен содержащим K+1 аналого-цифровых преобразователей 9.1-9.K+1, входы которых соединены с выходами соответствующих трактов приема радиосигналов 8.1-8.K+1, K+1 блоков памяти 13.1-13.K+1, информационные входы которых соединены с выходами соответствующих аналого-цифровых преобразователей 9.1-9.K+1, вычислитель 15, предназначенный для нахождения взаимно-корреляционной функции сигналов Rk[τ], принятых на k-м ППП 1.k, k=1, 2, …, K, и на ЦППО 2, для значений временного сдвига в интервале τ ∈ (-c-1dk, c-1dk), где dk - расстояние между ЦППО и k-м ППП, с заданным шагом Δτ, группа из K+1 входов вычислителя 15 соединена с информационными выходами соответствующих K+1 блоков памяти 13.1-13.K+1, блок управления 11, предназначенный для задания длительности интервала анализа Δt и его начала t', тракт анализа 12, предназначенный для определения начала очередного фрейма t*, его длительности вида модуляции МАС-фрейма и его демодуляции, определения адреса текущего пользователя Р, второй вход которого является вторым установочным входом ЦПО 3 и третьей входной шиной 21 ЦППО 2, предназначенной для задания адреса пользователя первый информационный вход тракта анализа 12 соединен с выходом K+1-го аналого-цифрового преобразователя 9.K+1, а выход объединен с первыми входами управления K+1 блоков памяти 13.1-13.K+1 и вторым входом блока управления 11, первый вход которого является первым установочным входом ЦПО 3 и второй входной шиной 10 ЦППО 2, предназначенной для задания интервала анализа Δt и его начала t', а выход соединен со вторыми входами управления блоков памяти 13.1-13.K+1 и третьим входом тракта анализа 12, четвертая входная шина 22 ЦППО 2, предназначена для задания координат ППП 1.1-1.K и ЦППО 2 {X, Y}K+1, соединена с K+2 входом вычислителя 15 и является третьим установочным входом ЦПО 3, последовательно соединенные блок формирования матрицы координат N 18, предназначенный для определения координат центров элементарных участков (Xi, Yj) контролируемого района и формирования на их основе матрицы координат N, блок формирования матриц эталонных значений Mk 17, предназначенный для вычислений задержек прихода сигнала для k-й измерительной базы ЦППО 2 - ПППk 1.k, k=1, 2, …, K, соответствующей каждой координате (Xi, Yj), и формирования на их основе K эталонных матриц Mk, блок формирования корреляционных матриц Фk 16, предназначенный для формирования K корреляционных матриц Фk, элементами которых являются значения ВКФ Rki,j], соответствующие задержкам сигнала в элементах матриц эталонных значений Mk, сумматор 19 и блок принятия решения 20, предназначенный для определения элемента матрицы с максимальным значением функции корреляции величина которой соответствует наиболее вероятному местоположению ИРИ с координатами (Xi, Yj), выход которого является выходом ЦПО 3 и выходной шиной 24 ЦППО 2, пятая входная шина 23 которого предназначена для задания границ контролируемого района с помощью координат диаметрально расположенных точек (X, Y)A, (X, Y)B и размеров элементарных участков а и b, соединена с информационным входом блока формирования матрицы координат N 18 и является четвертым входом ЦПО 3, генератор тактовых импульсов 14, выход которого соединен с входами синхронизации K+1 аналого-цифровых преобразователей 9.1-9.K+1, блока управления 11, тракта анализа 12, блока формирования матриц эталонных значений Mk 17, блока формирования матрицы координат N 18, блока формирования корреляционных матриц Фk 16, сумматора 19, блока принятия решения 20 и вычислителя 15, информационный выход которого соединен со вторым информационным входом блока формирования корреляционной матрицы Фk 16.

Работа устройства (см. фиг. 7, 8 и 17) осуществляется следующим образом. На подготовительном этапе задают структуру измерителя: количество ППП 1 K, K=3, определяют их координаты {X, Y)K (работа устройства рассматривается на плоскости (X, Y)). Определяют координаты ЦППО (X, Y)K+1. По шине 22 полученные данные заносят в вычислитель 15 ЦПО 3. По второй входной шине ЦППО 10 задают интервал анализа Δt (временной интервал, на который одновременно запоминают в блоках 13.1-13.4 сигналы ИРИ) и его начало t'. По первой входной шине ЦППО 6 поступает значение частоты ƒн для настройки на нее приемных трактов 8.1-8.4 ЦППО 2. Опосредованно через радиостанцию 7 с помощью кода частоты N(ƒн) осуществляют настройку приемных трактов 4.1-4.3 ППП 1. Третья входная шина 21 ЦППО 2 используется для задания МАС-адреса пользователя координаты которого необходимо определить.

В прямоугольном виде задают контролируемый район, в котором будет осуществляться поиск и местоопределение заданного ИРИ. Эта операция осуществляется по команде, поступающей на пятую входную шину 23 ЦППО 2. Границы района задают координатами двух диаметрально расположенных точек (X, Y)A и (X, Y)B. Границы по оси 0х и 0у обозначают через А и В соответственно (см. фиг. 9а). КР делят на элементарные участки со сторонами а и b, значения которых также задают по шине 23. Эту операцию выполняет блок 18. Далее с помощью блока 18 определяют центры элементарных участков (см. фиг. 9б, в). На основе полученных координат (Xi, Yj) с помощью блока 18 формируют матрицу координат размерности А'×В', где Xi=ai, i=1, 2, …, А/а=А', Yj=bj, j=1, 2, …, B/b=В' (см. фиг. 10).

Для каждого элемента (Xi, Yj) матрицы N и всех K измерительных баз в соответствии с (1) в блоке 17 определяют эталонные значения разности времени прихода сигнала на ЦППО и ПППk, k=1, 2, …, K. На основе полученных данных формируют K матриц эталонных значений Mk путем замены элементов (Xi, Yj) матрицы координат N на соответствующие значения эталонных задержек τi,j,k.

Каждый ППП 1.1-1.3 сигналов ИРИ представляет совокупность последовательно соединенных трактов приема радиосигналов 4.k и тракт ретрансляции радиосигналов 5.k, k=1, 2 или 3. Тракты 4.k настраиваются на заданную частоту ƒн по команде N(ƒн), поступающей от ЦППО 2 по линии командной радиосвязи. Центральный пункт приема и обработки 2 содержит радиопередатчик 7, предназначенный для реализации командной линии связи, совокупность из K+1 (четырех) трактов приема радиосигналов 8.1-8.4 и центральный пункт обработки 3 (см. фиг. 8) в составе: блок управления 11, тракт анализа 12, аналого-цифровые преобразователи 9.1-9.4, блоки памяти 13.1-13.4, вычислитель 15, блок формирования корреляционных матриц Фk 16, блок формирования матриц эталонных значений Mk 17, блок формирования матрицы координат N 18, сумматор 19, блок принятия решения 20 и генератор тактовых импульсов 14.

Сигналы ИРИ, принятые на ЦППО 2 и ППП 1.1-1.3 и имеющие вид (2) с выходов трактов 8.1-8.4 поступают на входы соответствующих АЦП 9.1-9.4. Оцифрованные сигнальные потоки a1(t), a2(t), a3(t) и a4(t) с выходов блоков 9.1-9.4 далее следуют на информационные входы соответствующих блоков памяти 13.1-13.4. Операция одновременной записи сигналов в блоки 13.1-13.4 осуществляется по команде блока управления 11 в момент времени t', которая поступает на их вторые управляющие входы. Для этого на выходе блока 11 формируется импульс прямоугольной формы заданной длительности Δt. Значение Δt выбирается из расчета:

где tпр - длительность преамбулы PLCP 144 бит, tзаг - длительность заголовка PLCP 48 бит, tcp - средняя длительность МАС-файла. За интервал времени Δt необходимо обнаружить и проанализировать целостное излучение одного из пользователей системы Wi-Fi.

Сигналы ИРИ, принятые непосредственно на ЦППО 2 трактом 8.4 х4(t) и преобразованные в цифровую форму блоком 9.4, поступают на вход тракта анализа 12. Его работа начинается в момент времени t' с приходом управляющего сигнала блока 11 на его третий вход. В функции тракта 12 входит определение начала очередного фрейма t*, его длительность (длину), вид модуляции МАС-фрейма и его демодуляция, определение адреса текущего пользователя Р, сравнение его с заданным на подготовительном этапе работы устройства адресом При положительном решении выдает временной интервал измерения пространственных параметров заданного ИРИ, который начинается с момента t*. Здесь - длительность МАС-фрейма абонента. Однако при определении значения следует учитывать задержки сигнала ИРИ в точках его приема на ЦППО 2 и ППП 1.k. В противном случае это может привести к погрешностям измерения задержек сигналов. Поэтому временной интервал целесообразно сократить и начать с заголовка фрейма.

После принятия решения об обнаружении сигналов заданного абонента трактом 12 формируется управляющий сигнал, поступающий на первые входы управления блоков памяти 13.1-13.4. В результате содержимое последних начиная с момента t* и до окончания фрейма t1 поступает на соответствующие входы вычислителя 15.

В противном случае, когда фрейм с заданным абонентом в рамках интервала времени Δt не обнаружен, трактом 12 формируется управляющий сигнал, поступающий на первые входы управления блоков памяти 13.1-13.4, который обнуляет их содержимое. Кроме того, этот сигнал поступает на второй вход блока управления 11. В результате блоком 11 формируется новый управляющий сигнал длительностью Δt, в результате появления которого начинается новый цикл работы устройства по записи очередной выборки сигналов ИРИ в блоки 13.1-13.4 и их анализ.

Вычислитель 15 предназначен для вычисления K взаимно-корреляционных функций Rk[τ]. Для этого дополнительно по четвертой входной шине 22 в блок 15 поступают координаты местоположения ППП 1.k (X, Y)k, k=1, 2, 3; координаты ЦППО 2 (X, Y)4, значение шага корреляции Δτ, соответствующее частоте дискретизации. В блоке 15 дополнительно вычисляется значение границ временного сдвига τ при нахождении ВКФ для каждой измерительной базы, расстояние между ЦППО 2 и ППП 1.k dk. Полученные значения ВКФ Rk[τ] поступают на второй вход блока формирования корреляционных матриц Фk 16. На первый вход блока 16 поступают значения K матриц эталонных значений Mk 17. В функции блока 16 входит формирование K корреляционных матриц Фk путем замены элементов задержки τi,j,k матриц Mk на соответствующие им измеренные значения ВКФ Rk[τ], поступающие с выхода блока 15.

Сформированные блоком 16 значения K корреляционных матриц Фk поступают на вход сумматора 19. В функцию блока 19 входит выполнение операции суммирования Полученное в результате выполнения этой операции значение матрицы поступают на вход блока 20. В функцию последнего входит определение элемента матрицы с максимальным значением R'[τi,j] и формирование на своем выходе соответствующих координат (Xi, Yj) как arg max R'[τi,j].

Синхронность работы элементов устройства обеспечивают импульсы тактового генератора 14.

Тракт анализа 12 предназначен для поиска на интервале времени Δt сигнала очередного фрейма, определении его границ и адреса текущего пользователя Р сравнении полученного адреса Р с заданным При их совпадении тракт 12 формирует управляющий сигнал для одновременного изъятия запомненного в блоках 13.1-13.4 сигнала во временных границах обнаруженного фрейма. Для этого с помощью демодулятора DBPSK сигналов 26 (см. фиг. 17) осуществляют операцию цифровой DBPSK демодуляции выборки сигнала длительностью Δt. Управляющий сигнал длительностью Δt на выполнение этой операции поступает на управляющий вход блока 26 с выхода блока управления 11. Демодулированный в блоке 26 сигнал a4(t) (совместно с недемодулированным ) далее поступает на вход блока поиска и анализа заголовка PLCP 27. Здесь на основе a4(t) определяют начало фрейма, тип модуляции МАС-фрейма и его длительность. Значения границ обнаруженного фрейма с первого выхода блока 27 поступают на первый вход блока задания интервала измерений 25. Далее, в случае необходимости, выполняют демодуляцию цифровой последовательности с помощью блока 28 (с помощью демодулятора DQPSK сигналов), после чего анализируемый сигнал следует на второй вход блока 29. Иначе, принятый цифровой сигнал a4(t) со второго выхода блока 27 напрямую поступает на первый вход блока анализа МАС-фрейма 29. Здесь определяют адрес пользователя Р, сравнивают его с заданным адресом поступившим по шине 21 ЦППО 2. В случае положительного решения на выходе блока 29 формируется управляющий сигнал, поступивший на второй вход блока 25. В этом случае на выходе последнего формируются значения границ (t*, t1) обнаруженного фрейма, которые в дальнейшем используют в качестве Δtизм. В противном случае, при несовпадении блоком 29 формируется управляющий сигнал, с помощью которого обнуляется содержимое блока 25. В свою очередь блок 25 формирует управляющий сигнал, поступающий на входы управления блоков памяти 13.1-13.4 обнуляя их содержимое. Кроме того, этот же сигнал поступает на второй вход блока 11. В результате с помощью блока 11 осуществляют запуск нового цикла работы устройства (формирование прямоугольного импульса длительностью Δt).

Реализация элементов предложенного устройства известна и трудностей не вызывает. Аналого-цифровые преобразователи 9.1-9.4 могут быть реализованы на микросхемах LTC 2208 производства Analog Devices.

Блок управления 11 предназначен для организации записи сигналов ИРИ в блоки памяти 13.1-13.4 «пакетами» заданной длительности Δt. Может быть выполнен из последовательно соединенных таймере и RS-триггере на элементной базе микросхем ТТЛ-серии.

Блоки памяти 13.1-13.4 реализуют по известным схемам (см. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник / А.Ю. Горденов и др. - М.: Радио и связь, 1990. - 288 с.).

Вычислитель 15 предназначен для нахождения K взаимно-корреляционных функций Rk[τ] на основе выражения (3) и может быть реализован на процессоре с фиксированной точкой фирмы Freescale DSP563xx. Блок формирования корреляционных матриц 16 предназначен для формирования K матриц Фk на основе полученных в блоке 15 значений Rk[τ] и величин задержки сигнала из соответствующих K эталонных матриц Mk (блок 17). Может быть реализован на процессоре DSP5685x компании Freescale. Алгоритм работы блока 16 приведен на фиг. 21.

Блок формирования эталонных матриц Mk 17 предназначен для определения на подготовительном этапе задержки прихода сигнала τi,j,k в ЦППО 2 и ППП 1 для всех точек (Xi, Yj) и оформления на их основе K матрицы Mk. Может быть реализован на процессоре TMS 320С28х фирмы Texas Instruments, алгоритм работы которого приведен на фиг. 20.

Блок 19 предназначен для суммирования K полученных блоком 16 корреляционных матриц Фk. Может быть реализован совместно с блоком 16 на процессоре DSP5685x, алгоритм работы которого приведен на фиг. 22.

Блок принятия решения 20 предназначен для определения элемента матрицы с максимальным значением и формирования на своем выходе соответствующих координат (Xi, Yj) как arg max R'[τi,j]. Может быть реализован на процессоре TMS 320С55х, алгоритм работы которого приведен на фиг. 23.

Построение генератора тактовых импульсов 14 известно и широко освещено в литературе (см. Тактовый генератор: устройство, принцип работы, применение. Электронный ресурс: http://fb.ru/article/452508/taktovyiy-generator-ustroystvo-printsip-rabotyi-primenenie. Обращение 14.02.2019).

Тракты 4.1-4.3, 5.1-5.3 и 8.1-8.4 реализуют аналогично соответствующим трактам прототипа.

Реализация демодулятора сигналов относительной (дифференциальной) двоичной фазовой манипуляции DBPSK 26 известна и трудностей не вызывает (см. Сигналы с двоичной фазовой манипуляцией (DBPSK). Дифференциальная BPSK (DBPSK). Теория и практика цифровой обработки сигналов. Электронный ресурс: http://www.dsplib.ru/content/bpsk/bpsk.html. Обращение 14.02.2019).

Демодулятор сигналов дифференциальной квадратурной фазовой манипуляцией DQPSK 28 известен и трудностей не вызывает (см. Мелихов С.В. Методы манипуляции цифровой радиосвязи. Учебное пособие для студентов радиотехнических специальностей. - Томск: ТГУСУЗ, 2017. - 64 с.).

Блок анализа МАС-фрейма 29 предназначен для сравнения адреса текущего фрейма Р с заданным по шине 21. Представляет из себя блок сравнения, реализация которого трудностей не вызывает. Может быть реализован на электронной логике микросхем ТТЛ-серии.

Блок задания интервала измерений Δtизм 25 предназначен для задания временных границ t* и t1 измерения пространственных параметров, заданного ИРИ (t*, t1) ∈ tизм. Измеренные в тракте 12 текущие значения (t*, t1) поступают на его выход (выход блока 25) в том случае, если на выходе блока 29 формируется управляющий сигнал, соответствующий совпадению После завершения интервала Δtизм блоком 25 формируются управляющий сигнал, обнуляющий содержимое блоков 13.1-13.4. В противном случае, когда значение Δtзад на выход блока 20 не поступает, а на его выходе формируется управляющий сигнал, предназначенный для обнуления блоков 13.1-13.4 и перевод блока 11 в новое состояние. Реализация блока задания интервала измерений Δtизм 25 известно и трудностей не вызывает. Представляет из себя селектор (см. Рэд Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике. Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.).

Блок поиска и анализа заголовка PLCP 27 предназначен для определения начала фрейма, типа модуляции МАС-фрейма и его длительности. Эти функции блок 27 выполняет путем сравнения входного цифрового потока с априорными данными, хранящимися в его постоянном запоминающем устройстве. В связи с тем, что в блоке 27 реализуется самая затратная по времени операция, которую необходимо выполнять в режиме реального времени, функции блока целесообразно выполнять с использованием программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) типа Virtex 5 XC5VSX50T. Алгоритм работы блока 22 приведен на фиг. 18. Совместно с блоком 27 на ПЛИС целесообразно реализовать блоки 26 и 28.

В случае использования аналоговых сигналов для определения координат ИРИ необходимость в блоках 9.1-9.3 отпадает. Принятые трактами 8.1-8.4 сигналы непосредственно поступают на информационные входы соответствующих блоков памяти 13.1-13.4. Блок 9.4 остается для обеспечения штатной работы тракта анализа 12.

Кроме того, определение координат заданного ИРИ, работающего в отличной от рассмотренной выше системе связи, например, GSM G2, предполагает использование тракта анализа 12 согласованной с ней структуры.

1. Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения (ИРИ), основанный на приеме сигналов пространственно разнесенными периферийными пунктами приема (ППП) с известными координатами, связанными с центральным пунктом приема и обработки (ЦППО) командными линиями связи и линиями аналоговой ретрансляции сигнала, причем командными линиями связи с ЦППО на ППП передают команды настройки на частоту сигнала ИРИ, а по линиям аналоговой ретрансляции принятые в ППП сигналы ИРИ передают на ЦППО, где измеряют разность времени приема этих сигналов в ППП и ЦППО τk, где k ∈ 1, 2, …, K - номера ППП и измерительных баз ЦППО - ПППk, на основе которых определяют координаты ИРИ, отличающийся тем, что на ЦППО на подготовительном этапе в прямоугольном виде задают контролируемый район (КР), а границы по оси 0х и 0у обозначают через А и В соответственно, КР делят на элементарные участки со сторонами a и b по осям 0х и 0у соответственно, площадь которых выбирают исходя из заданной точности Δd определения координат ИРИ, определяют координаты центров элементарного участка (Xi, Yj), на основе которых формируют матрицу координат N размерности А'×В', где Xi=ai, i=1, 2, …, А/а=А', Yj=bj, j=1, 2, …, В/b=В', для каждого элемента (Xi, Yj) матрицы координат N всех K измерительных баз определяют эталонные значения разности времени прихода сигнала на ЦППО и ПППk τi,j,k, формируют K эталонных матриц Mk, k=1, 2, …, K, элементами каждой из которых является соответствующее координатам (Xi, Yj) эталонное значение разности задержки прихода сигналов τi,j,k для k-й измерительной базы ЦППО - ПППk, а в процессе работы для учета разности времени приема сигнала вычисляют взаимно-корреляционную функцию (ВКФ) сигналов Rk[τ], принятых на k-м ППП, k=1, 2, …K, и на ЦППО, для значений временного сдвига в интервале τ ∈ (-c-1dk, c-1dk), где dk - расстояние между ЦППО и k-м ППП, с заданным шагом Δτ, соответствующим частоте дискретизации сигнала, на основе К эталонных матриц Mk формируют корреляционные матрицы Фk путем замены элементов задержки τi,j,k на соответствующие им измеренные значения ВКФ Rki,j], значения матриц Фk, k=1, 2, …, K, суммируют по всем K измерительным базам а за наиболее вероятное расположение ИРИ принимают координаты точки (Xi, Yj), соответствующей максимальному значению элемента матрицы

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерение разности времени приема сигналов заданного ИРИ на ЦППО и ППП осуществляют на основе анализа преамбулы и заголовка текущего фрейма.

3. Устройство определения координат источника радиоизлучения (ИРИ) разностно-дальномерным способом, содержащее K периферийных пунктов приема (ППП) и центральный пункт приема и обработки (ЦППО), причем каждый ППП состоит из последовательно соединенных тракта приема радиосигналов и тракта ретрансляции радиосигналов, а ЦППО содержит радиопередатчик, предназначенный для реализации командной линии связи, K+1 трактов приема радиосигналов и центральный пост обработки (ЦПО), выход которого является выходной шиной ЦППО, причем K+1 входов ЦПО соединены с выходами соответствующих трактов приема сигналов, первая входная шина ЦППО является входом управления радиопередатчиком и соединена с входами управления трактов приема радиосигналов ЦППО, предназначена для задания частоты настройки ƒн трактов приема радиосигналов, отличающееся тем, что центральный пост обработки выполнен содержащим K+1 аналого-цифровых преобразователей, входы которых являются соответственно K+1 входами ЦПО, K+1 блоков памяти, группы информационных входов которых соединены с выходами соответствующих аналого-цифровых преобразователей, вычислитель, предназначенный для нахождения взаимно-корреляционной функции (ВКФ) сигналов Rk[τ], принятых на k-м ППП, k=1, 2, …, K, и на ЦППО, для значений временного сдвига в интервале τ ∈ (-c-1dk, c-1dk), где dk - расстояние между ЦППО и k-м ППП, с заданным шагом Δτ, группа из K+1 входов вычислителя соединена с информационными выходами соответствующих K+1 блоков памяти, блок управления, предназначенный для задания длительности интервала анализа Δt и его начала t', тракт анализа, предназначенный для определения начала очередного фрейма t*, его длительности Δtp, вида модуляции МАС-фрейма и его демодуляции, определения адреса текущего пользователя Р, второй вход которого является вторым установочным входом ЦПО и третьей входной шиной ЦППО, предназначенной для задания адреса пользователя первый информационный вход тракта анализа соединен с выходом K+1-го аналого-цифрового преобразователя, а выход объединен с первыми входами управления K+1 блоков памяти и вторым входом блока управления, первый вход которого является первым установочным входом ЦПО и второй входной шиной ЦППО, предназначенной для задания интервала анализа Δt и его начала t', а выход соединен со вторыми входами управления блоков памяти и третьим входом тракта анализа, четвертая входная шина ЦППО предназначена для задания координат ППП и ЦППО {X, Y}K+1, соединена с K+2 входом вычислителя и является третьим установочным входом ЦПО, последовательно соединенные блок формирования матрицы координат N, предназначенный для определения координат центров элементарных участков (Xi, Yj) контролируемого района и формирования на их основе матрицы координат N, блок формирования матриц эталонных значений Mk, предназначенный для вычислений задержек прихода сигнала для k-й измерительной базы ЦППО-ПППk, k=1, 2, …, K, соответствующей каждой координате (Xi, Yj), и формирования на их основе K эталонных матриц Mk, блок формирования корреляционных матриц Фk, предназначенный для формирования K корреляционных матриц Фk, элементами которых являются значения ВКФ Rki,j], соответствующие задержкам сигнала в элементах матриц эталонных значений Mk, сумматор и блок принятия решения, предназначенный для определения элемента матрицы с максимальным значением функции корреляции величина которой соответствует наиболее вероятному местоположению ИРИ с координатами (Xi, Yj), выход которого является выходом ЦПО и выходной шиной ЦППО, пятая входная шина которого предназначена для задания границ контролируемого района с помощью координат диаметрально расположенных точек (X, Y)A, (X, Y)B и размеров элементарных участков а и b, соединена с информационным входом блока формирования матрицы координат N и является четвертым входом ЦПО, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входами синхронизации K+1 аналого-цифровых преобразователей, блока управления, тракта анализа, блока формирования матриц эталонных значений Mk, блока формирования матрицы координат N, блока формирования корреляционных матриц Фk, сумматора, блока принятия решения и вычислителя, информационный выход которого соединен со вторым информационным входом блока формирования корреляционной матрицы Фk.



 

Похожие патенты:

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.

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 области радиолокации, в частности к пассивным угломерно-разностно-дальномерным методам определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ).

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 радиотехники и может быть использовано в многопозиционных радиотехнических системах, установленных на летательных аппаратах, для определения координат источников импульсного радиоизлучения (ИРИ).

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 радиотехнике, а именно к способам определения местоположения (ОМП) источника радиоизлучения (ИРИ), и может быть использовано в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения ИРИ.

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.

Группа изобретений относится к радиотехнике и может быть использована в многопозиционных радиотехнических системах для определения координат заданных источников радиоизлучения (ИРИ) с кодовым и временным разделением каналов.

Способ относится к радиолокации и радионавигации и предназначен для определения оценок местоположения подвижных источников радиосигнала (ИР) на дорожной сети. Достигаемый технический результат - повышение точности определения координат ИР на дорожной сети.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к пассивным системам радиомониторинга, и, в частности, может быть использовано в системах местоопределения источников радиоизлучения (ИРИ).

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.

Группа изобретений относится к радиотехнике и может быть использована в многопозиционных радиотехнических системах для определения координат заданного источника радиоизлучения с кодовым и временным разделением каналов. Достигаемый технический результат - повышение точности местоопределения заданного ИРИ. Технический результат в способе достигается благодаря определению на подготовительном этапе центров элементарных участков контролируемого района, на основе которых формируют матрицу координат, для каждого элемента всех K измерительных баз «периферийный пункт приема - центральный пункт приема и обработки », определяют эталонные значения разности времени приема сигнала τi,j,k, формируют K эталонных матриц, элементами каждой из которых является соответствующее координатам эталонное значение τi,j,k, на основе рассмотренной совокупности операций по запоминанию и анализу принимаемых сигналов выделяют излучения только заданного ИРИ, вычисляют K взаимно-корреляционных функций для соответствующих измерительных баз, формируют K корреляционных матриц путем замены элементов τi,j,k эталонных матриц на соответствующие им измеренные значения ВКФ, суммируют полученные корреляционные матрицы, за наиболее вероятное расположение заданного ИРИ принимают координаты точки, соответствующей максимальному значению элемента суммарной корреляционной матрицы. Устройство, реализующее способ, для достижения указанного технического результата дополнительно содержит введенные в центральный пост обработки четыре аналого-цифровых преобразователя, блок управления, тракт анализа, четыре блока памяти, тактовый генератор, вычислитель, блок формирования корреляционных матриц, блок формирования эталонных матриц, блок формирования матриц координат, сумматор и блок принятия решения с соответствующими связями. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 23 ил.

Наверх