Способ фазовой пеленгации

Использование: изобретение относится к пеленгаторам источников излучения сигналов и предназначено для определения угловых координат летательных аппаратов и других объектов в системах радиолокации и радионавигации. Сущность: способ основан на измерении разностей фаз между сигналами, принимаемыми разнесенными антеннами, определении согласованных однозначных значений направляющих косинусов на грубой, промежуточных и точной шкалах (базах) и формировании результирующей оценки направляющего косинуса путем весового суммирования указанных значений. Технический результат: повышение точности пеленгации источников излучения. 1 ил.

 

Изобретение относится к пеленгаторам источников излучения сигналов и предназначено для определения угловых координат летательных аппаратов и других объектов в системах радиолокации и радионавигации.

Известен фазовый метод пеленгации, способы и варианты осуществления которого в общем виде изложены в [1, 2]. Известен фазовый способ пеленгации [3], основанный на приеме сигналов на три разнесенные антенны, расположенные на одной линии, и измерении разностей фаз между сигналами, принимаемыми первой и второй, второй и третьей антеннами. Разность разностей фаз образует грубую однозначную шкалу отсчета, сумма разностей фаз - точную неоднозначную шкалу, а сами разности фаз выполняют роль промежуточных шкал. Для устранения неоднозначности используют известное правило согласования измерительных шкал. Недостатками способа являются невысокая точность определения угловых координат источников излучения и противоречивые требования к размерам промежуточных баз.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению (прототипом) является способ фазовой пеленгации [4], основанный на приеме сигналов на три антенны, разнесенные и расположенные на одной линии, при котором формируют две неравные измерительные базы d1 и d2, - первой и второй, второй и третьей антеннами соответственно. (Заметим, что в заявляемом изобретении базы рассматриваются в порядке возрастания размеров, т.е. принято что не меняет сущности изобретения). Измеряют разности фаз между сигналами, принимаемыми первой и второй, второй и третьей антеннами соответственно, определяют величину разности разностей фаз с использованием которой формируют грубую, но однозначную шкалу отсчета углов, соответствующую малой измерительной базе . Дополнительно измеряют разность фаз между сигналами, принимаемыми первой и третьей антеннами, формируют с использованием разности фаз точную, но неоднозначную шкалу отсчета углов, соответствующую большой измерительной базе Разность фаз используют для раскрытия неоднозначности фазовых измерений на базе d2, при условии выполнения неравенства где λ - длина волны. Разность фаз Δϕ2 на базе d2 используют для раскрытия неоднозначности фазовых измерений на базе d1, при условии выполнения неравенства Используют разность фаз Δϕ1 на базе d1 для раскрытия неоднозначности фазовых измерений на базе dT. Угол ϑ между направлением на источник излучения и линией, объединяющей разнесенные антенны, определяют по известной конечной формуле Кроме того, согласование измерительных баз должно следовать стандартному правилу, накладываемому на удвоенную максимальную ошибку измерений на меньшей базе по отношению к интервалу однозначного измерения на большей базе (см., например, [1]).

Недостатком способа-прототипа является то, что при определении конечного результата ограничиваются только измерениями (разностью фаз Δϕс) на суммарной базе dT и не используют аналогичные измерения на базах dг, d1, d2 (однозначные разности фаз ). Тем самым игнорируется имеющийся естественный запас повышения точности пеленгации. В качестве замечания можно указать на содержащееся в приведенных выше неравенствах требование одновременного выполнения взаимоисключающих условий

Цель заявляемого изобретения состоит в разработке способа фазовой пеленгации источников излучения сигналов, обеспечивающего повышение точности определения угловых координат за счет совместной обработки результатов измерений по грубой (база dг), промежуточным (d1, d2) и точной (dT) шкалам.

Для достижения поставленной цели в способе фазовой пеленгации, основанном на приеме сигналов на три разнесенные антенны, расположенные на одной линии, при котором формируют три неравные измерительные базы - первой и второй, второй и третьей, первой и третьей антеннами соответственно, измеряют разности фаз между сигналами, принимаемыми первой и второй, второй и третьей, первой и третьей антеннами соответственно. Определяют величину разности разностей фаз с использованием которой формируют грубую, но однозначную шкалу отсчета, соответствующую малой измерительной базе dг=d2-d1. С использованием разности фаз формируют точную, но неоднозначную шкалу отсчета, соответствующую большой измерительной базе Разность используют для раскрытия неоднозначности фазовых измерений на первой промежуточной шкале, соответствующей базе d1. Полученную однозначную разность фаз Δϕ1 на базе d1 используют для раскрытия неоднозначности на второй промежуточной шкале, соответствующей базе d2. Полученную однозначную разность фаз Δϕ2 используют для раскрытия неоднозначности фазовых измерений и получения однозначной разности фаз на базе dT. Далее разности фаз преобразуют в соответствующие значения направляющих косинусов угла прихода сигнала Результирующее значение направляющего косинуса формируют путем взвешенного суммирования упомянутых значений направляющих косинусов с весами равными где , при этом угол вычисляют по формуле

Технический результат заключается в повышении точности пеленгации источников излучения сигналов.

Заявляемое изобретение иллюстрирует фиг.1 - схема размещения приемных антенн A1, А2, A3.

Рассмотрим сущность заявляемого изобретения, математическое обоснование и последовательность необходимых операций.

Сущность предлагаемого способа фазовой пеленгации состоит в максимально полном использовании имеющейся информации об угловом положении источника излучения путем оптимальной совместной обработки неравноточных (в силу разной длины баз) результатов измерений по всем базам.

Обработку сигналов, поступающих от антенн A1, А2, A3 (фиг.1) через приемники, фазометры и вычитатель, выполняют в вычислителе. При обработке полученные разности фаз с помощью использованного ранее соотношения:

где - упомянутые выше разности фаз, d - соответствующие базы, преобразуют в выборку значений направляющих косинусов представляющих собой случайные величины - оценки неизвестного истинного значения и со среднеквадратическими погрешностями (СКП) определяемыми СКП фазометров и длинами баз d:

Далее для сокращения записи индекс «и» опустим. Полагая, что фазометры каналов приема сигналов и формирования разностей фаз имеют идентичные исполнение и параметры, можно считать, что их случайные погрешности независимы и характеризуются одинаковой СКП

В соответствии с (1) СКП оценки uт равна:

Тогда для СКП оценок можно записать:

Учитывая, что представляет собой разность разностей фаз т.е. является алгебраической суммой двух независимых случайных величин, для СКП оценки uг справедливо равенство:

Заметим, что СКП является характеристикой точности способа-прототипа. Эту величину выберем в качестве сравнительной точки отсчета при анализе точности предлагаемого способа.

С учетом сказанного, корреляционная матрица статистической выборки запишется так:

В этих условиях обработка выборки методом наименьших (МНК) позволяет получить оптимальную в среднеквадратическом смысле (эффективную), несмещенную результирующую оценку направляющего косинуса, которая в соответствии с известной процедурой МНК [2] имеет вид:

где вектор-столбец

Дисперсия ошибки МНК - оценки равна:

После несложных преобразований получим:

Вводя обозначения , эти соотношения можно записать в более компактной форме:

где

Из (2) видно, что вклад в результирующую оценку отдельных оценок пропорционален квадрату длины соответствующей базы. При этом дисперсия по сравнению с дисперсией тем меньше (выигрыш в точности тем выше), чем больше размеры грубой и промежуточных баз (см. соотношение (3)).

Важно отметить, что весовые коэффициенты в операции взвешенного суммирования (4) рассчитывают заранее. При изменении геометрии антенной системы (например, из-за подвижек грунта, уходов фазовых центров антенн и других причин) они могут уточняться периодической юстировкой.

Завершающей является операция вычисления угла по формуле . На практике при дальнейших определениях параметров траектории подвижных источников излучения и пространственного положения неподвижных излучателей преимущественное применение находят направляющие косинусы относительно двух взаимно перпендикулярных «антенных» осей X, Y (на фиг.1 ось Y не показана), либо углы азимута α и места β источника излучения, которые по полученным результирующим направляющим косинусам , рассчитывают так:

Существенные отличительные признаки заявляемого изобретения по сравнению с прототипом заключаются, во-первых, в преобразовании всех четырех однозначных разностей фаз в соответствующие направляющие косинусы и, во-вторых, в операции их последующего весового суммирования по формуле (4), итогом чего является оптимальное результирующее значение . В прототипе переход к направляющим косинусам не предусмотрен, а при формировании результата используется только одна разность фаз без какой-либо весовой обработки.

Приведем простой числовой пример эффективности заявляемого изобретения. Для прецизионных фазовых многошкальных пеленгаторов типовыми являются базы Подставляя эти значения в (5), получим: , т.е. выигрыш в точности по величине СКП составляет 18%, что для рассматриваемых угломерных систем с уровнем точности, близким к потенциальному, является важным результатом.

Заявляемое изобретение легко реализуется с помощью фазового пеленгатора, структурная схема которого представлена на фиг.1 описания способа-прототипа [4]. Поскольку вычислитель схемы выполняет функции регистрации и пошагового согласования разностей фаз от шкалы к шкале с формированием на каждом шаге их однозначных полных значений, он дополняется простыми вычислительными операциями перехода к направляющим косинусам и весового суммирования (4) с предварительно рассчитанными коэффициентами .

Таким образом, заявляемый способ может быть реализован и обеспечивает повышение точности пеленгации источников излучения сигналов.

Источники информации

1. Космические траекторные измерения. Радиотехнические методы измерений и математическая обработка данных / П.А. Агаджанов, Н.М. Баранов, Н.И. Буренин и др.; Под ред. Агаджанова П.А., Дулевича В.Е., Коростелева А.А. - Изд. «Советское радио», 1969.

2. Основы радионавигационных измерений / В.А. Губин, А.А. Костылев, Б.Г. Мельников, М.Г. Степанов и др.; Под ред. Клюева Н.Ф. - МО СССР, 1987.

3. Патент RU 2311656.

4. Патент RU 2681942.

Способ фазовой пеленгации, основанный на приеме сигналов на три разнесенные антенны, расположенные на одной линии, при котором формируют три неравные измерительные базы d1, d2, dт - первой и второй, второй и третьей, первой и третьей антеннами соответственно, измеряют разности фаз Δϕ1, Δϕ2, Δϕт между сигналами, принимаемыми первой и второй, второй и третьей, первой и третьей антеннами соответственно, определяют величину разности разностей фаз Δϕг = Δϕ2 - Δϕ1, формируют с использованием разности Δϕг грубую, но однозначную шкалу отсчета, соответствующую малой измерительной базе dг = d2 - d1, формируют с использованием разности фаз Δϕт точную, но неоднозначную шкалу отсчета, соответствующую большой измерительной базе dт = d2 + d1, используют разность Δϕг для раскрытия неоднозначности фазовых измерений на первой промежуточной шкале, соответствующей базе d1, используют полученную однозначную разность фаз Δϕ1 на базе d1 для раскрытия неоднозначности фазовых измерений на второй промежуточной шкале, соответствующей базе d2, используют полученную однозначную разность фаз Δϕ2 на базе d2 для раскрытия неоднозначности фазовых измерений и получения однозначной разности фаз Δϕт на базе dт, отличающийся тем, что полученные разности фаз Δϕг, Δϕ1, Δϕ2, Δϕт преобразуют в соответствующие значения направляющих косинусов uг, u1, u2, uт угла прихода сигнала ϑ, результирующее значение направляющего косинуса up формируют путем взвешенного суммирования up=c1uг+c2u1+c3u24uт упомянутых значений направляющих косинусов с весами ci, i = 1,…,4, равными с11/а, с22 /а, с33 /а, с44 /а, где при этом угол ϑ вычисляют по формуле ϑ=arccos up.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к пеленгаторам направления прихода электромагнитных, звуковых и других колебаний с использованием разнесенных антенн и фазового метода измерений и предназначено для преимущественного применения в системах радиолокации и радионавигации, определяющих параметры движения летательных аппаратов и других объектов.

Изобретение относится к пеленгаторам направления прихода электромагнитных, звуковых и других колебаний с использованием разнесенных антенн и фазового метода измерений и предназначено для преимущественного применения в системах радиолокации и радионавигации, определяющих параметры движения летательных аппаратов и других объектов.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах наблюдения за радиотехнической обстановкой, а также в головках самонаведения (антирадарах) в качестве датчика углового положения. Достигаемый технический результат - повышение чувствительности (дальности обнаружения) и точности пеленгации.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах наблюдения за радиотехнической обстановкой, а также в головках самонаведения (антирадарах) в качестве датчика углового положения. Достигаемый технический результат - повышение чувствительности (дальности обнаружения) и точности пеленгации.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения местоположения объектов по их радиоизлучениям, в том числе источников непрерывных сигналов неизвестной формы. Техническим результатом является сокращение необходимого частотного ресурса при повышении точности определения координат.

Изобретение относится к многопозиционным сканирующим системам наблюдения за объектами в полуактивном и пассивном режимах. Система состоит из нескольких приемников (радиотехнических, радиометрических, оптических), принимающих сигналы отражения или излучения от объектов.

Предлагаемое изобретение относится к методам определения местоположения источника излучения с использованием фазового пеленгатора, размещенного на борту летательного аппарата, выполняющего полет в направлении источника излучения. Техническим результатом изобретения является уменьшение времени определения дальности до источника излучения с приемлемой точностью за счет выполнения кратковременного крена летательным аппаратом вместо продолжительного маневрирования с отворотом от источника излучения.

Изобретение относится к области навигационных систем и может быть использовано для локального позиционирования наземных объектов с относительно постоянной высотой расположения антенны в горизонтальной плоскости (в плане) при условии возможных помех на ограниченных территориях и в закрытых помещениях, где определение координат объектов с помощью глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) затруднено либо нецелесообразно.

Группа изобретений относится к области радиотехнической разведки и может быть использована для определения координат местоположения источника рассеянного радиоизлучения (радиоизлучающего объекта (РИО)) радиолокационными станциями с помощью приемных постов со сканированием радиоизлучений по частоте многопозиционного пассивного радиотехнического комплекса (МПРТК).

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для измерения азимутов и углов места радиоволны, приходящей от источников радиоизлучения в ВЧ диапазоне. Технический результат заключается в повышении точности пеленгования.
Наверх