ОДНОПОЗИЦИОННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ
ONE-WAY METHOD OF RADIO FREQUENCY SOURCES LOCATION

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения местоположения источников радиоизлучения УКВ-СВЧ диапазонов как цифровых, так и аналоговых видов связи, сведения о которых отсутствуют в базе данных (например, государственной радиочастотной службы или государственной службы надзора за связью). Изобретение может быть использовано также при поиске местоположения средств радиосвязи, как возможных источников помех связи.
Известны способы определения координат ИРИ, в которых используются пассивные пеленгаторы в количестве не менее трех, центр тяжести области пересечения выявленных азимутов которых на фронт прихода волны принимается за оценку местоположения. Основными принципами работы таких пеленгаторов являются амплитудные, фазовые и интерферометрические [1, 2]. К их недостаткам следует отнести высокую степень сложности антенных систем, коммутационных устройств и наличие многоканальных радиоприемников.
Наличие в федеральных округах государственной радиочастотной службы взаимосвязанных через центральный пункт разветвленной сети радиоконтрольных постов (РКП), оборудованных средствами приема радиосигналов, измерения и обработки их параметров, позволяет дополнить их функции и задачами определения местоположения тех ИРИ, сведения о которых отсутствуют в базе данных, не прибегая к использованию сложных и дорогостоящих пеленгаторов.
Из других известных способов и устройств, близкими аналогами предлагаемого способа по технической сущности и предназначенными для использования при радиоконтроле, могут быть [3, 4].
Способ [3] основан на приеме сигналов тремя антеннами, образующими две пары измерительных баз, измерении разностей времени прихода сигналов ИРИ и детерминированных вычислений искомых координат.
К недостаткам способа следует отнести:
1) Большое количество антенн.
2) Способ не ориентирован на использование РКП.
3) Измерительные базы для вычисления разности времен прихода сигналов ИРИ парами антенн существенно ограничивают разнос этих антенн, не говоря о нецелесообразности и большой технической сложности реализации способа.
Разнесенный разностно-дальномерный пеленгатор [4], состоящий из двух периферийных пунктов, центрального и системы единого времени. Периферийные пункты предназначены для приема, хранения, обработки сигналов и передачи фрагментов сигналов на ЦП, на котором вычисляется разность времени прихода сигналов. В системе единого времени применяется хронизатор, представляющий привязанный к шкале единого времени хранитель шкалы текущего времени (часы), предназначенный для привязки записываемых в запоминающее устройство значений уровня сигнала к значению времени приема.
Данному пеленгатору свойственны следующие недостатки:
1) Не адаптирован к РКП, используемым в филиалах федеральных округов государственной радиочастотной службы или государственной службы надзора за связью.
2) Большое количество специализированных пеленгационных (но не радиоконтрольных) постов.
3) Необоснованное и не раскрытое (хотя бы до функциональной схемы) применение системы единого времени на ЦП и хронизаторов на ПП, синхронизированных с системой единого времени.
4) Необходимость в наличии радиоканалов с большой пропускной способностью (до 625 Мбод) для передачи даже фрагментов сигналов с ПП1 и ПП2 на ЦП.
5) Для организации радиоканала необходимы радиопередающие устройства и получение разрешения на их работу в определенных условиях эксплуатации.
Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип предлагаемого способа, является [5].
Способ [5] относится к пассивным системам радиоконтроля и предназначен для определения координат источников радиоизлучений УКВ-СВЧ диапазонов, использующих цифровые (дискретные) виды сигналов из одного РКП. Способ определения местоположения ИРИ основан на измерении направления на ИРИ, оценке относительной временной задержки, с последующим вычислением координат ИРИ как точки пересечения линии направления на источник и гиперболической линии положения. Все измерения производятся на одном приемном пункте. При этом оценка относительной временной задержки определяется путем определения расхождения времени прихода сигнала от источника относительно опорной временной шкалы, сформированной на основе оценки временной структуры сигнала источника, местоположение которого полагается известным, определяемой на основе сравнения оценок расхождения времени прихода сигналов по времени от источников с известным и оцениваемым местоположением, функционирующих в единой системе синхронизации цифровыми (дискретными) видами сигналов.
Недостатками прототипа являются:
1) Способ распространяется только на цифровые (дискретные) виды средств связи с четко выраженным периодом следования импульсов тактовой (цикловой) синхронизации, функционирующие в единой системе синхронизации, временные параметры которой и точность их определения существенно влияют на оценку относительной временной задержки, а следовательно, и точность определения координат искомого ИРИ.
2) Отсутствует решение по повышению точности определения координат искомого ИРИ, например, путем увеличении числа корреспондентов из состава радиосети и усреднения результатов вычисления координат искомого ИРИ применительно к каждому из корреспондентов радиосети;
3) Должна быть априорно известна (либо доступна оцениванию) частотно-временная структура сигнала (частота (период) следования импульсов тактовой (цикловой) синхронизации). При этом оценивание частотно-временной структуры сигнала приводит к появлению дополнительной погрешности вычисления координат искомого ИРИ и появлению дополнительных временных и аппаратурных затрат при внедрении способа.
4) Область применения способа ограничивается тем, что для реализации способа необходимо иметь:
а) особое радиоприемное устройство, в котором дополнительно должен быть введен автокоррелятор,
б) пеленгатор, удовлетворяющий требованиям по достаточной точности пеленгования, исходя из точности определения координат искомого ИРИ.
Целью настоящего изобретения является разработка способа, обеспечивающего определение координат местоположения ИРИ УКВ-СВЧ диапазонов из одного РКП без недостатков, присущих прототипу.
Эта цель достигается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом: способ определения координат местоположения ИРИ, основанный на измерении параметров искомого ИРИ на одном РКП и вычислении тех же параметров в точках, местоположение которых полагается известным, и отличительных признаков, состоящих в том, что используют как цифровые, так и аналоговые виды связи и измеряют напряженность поля искомого ИРИ, применяют, при этом, РКП с логопериодической поворотной антенной системой (ЛПАС), задают координаты местоположения n виртуальных постов (ВП), не лежащих с ним на одной прямой и находящихся на расстоянии нескольких угловых минут относительно РКП, вычисляют по специализированной программе [6], или аналогичной ей, напряженность поля в месте расположения РКП и n ВП, создаваемую каждым из источников радиоизлучения заданного диапазона частот, устанавливают корреляционную зависимость (КЗ) между величинами напряженностей поля на каждом из n ВП и напряженностью поля на РКП, измеряют на последнем напряженность поля от искомого ИРИ и по ее величине и КЗ определяют величину напряженности поля на соответствующем ВП, после чего вычисляют азимут с РКП на каждый из n ВП, расстояния между РКП и n ВП, а также разность измеренного и вычисленных азимутов. На основании теоремы косинусов, записывают n соотношений между квадратами сторон треугольников, образованных точкой местоположения РКП, ВП и предполагаемого местоположения искомого ИРИ, квадраты сторон между ИРИ и каждым из n ВП в которых выражают через произведение квадрата расстояния от искомого ИРИ до РКП на квадрат обратных отношений напряженностей поля РКП и напряженности поля на каждом из n ВП, решают каждое из n соотношений относительно расстояния РКП до предполагаемого местоположения искомого ИРИ, а затем корректируют найденное расстояние по калибровочным характеристикам пар РКП - ВП, представляющим зависимости разности вычисленных расстояний местоположения базовых источников радиоизлучений от РКП и их истинных расстояний, известных по соответствующей базе данных, как функции ошибок определения расстояний. Затем, после n кратного усреднения находят истинное расстояние от РКП до искомого ИРИ и по его величине и координатам РКП вычисляют координаты местоположения искомого ИРИ.
Исходными условиями для реализации способа однопозиционного определения координат местоположения ИРИ являются:
1) Антенны искомых источников радиоизлучения являются ненаправленными.
2) Условия измерения и местоположение искомого ИРИ за время проведения измерений и вычисления координат его местоположения не изменяются. Эти условия, в большинстве случаев, выполняются и не ограничивают применение способа.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг. 1 - расположение РКП, ВП, ИРИ и образованный ими треугольник,
фиг. 2 - корреляционная зависимость напряженностей поля для пары РКП-ВП1 и аппроксимирующие их полиномы,
фиг. 3 - калибровочная характеристика способа.
В основе способа лежит энергетический принцип, заключающийся в измерении (или вычислении) напряженности поля ИРИ в нескольких точках пространства с известными координатами их местоположения. При этом напряженность поля ИРИ на РКП измеряют, а в дополнительной точке (точках) вычисляют. В качестве дополнительной точки в способе предложен виртуальный пост (ВП), координаты которого и параметры его виртуальной антенны (диаграмма направленности и высота подвеса) задают. При использовании n ВП их размещают не на одной прямой с РКП и отстоят от него на несколько угловых минут. На фиг. 1 показано условное расположение ВП, РКП, ИРИ и образованный ими треугольник. Вычисление напряженности на ВП основано на принципе корреляционной зависимости (КЗ) напряженностей полей, создаваемых в заданном диапазоне частот множеством источников радиоизлучения, находящихся, согласно базе данных, в зоне электромагнитной доступности РКП и вычисляемых как для РКП, так и для всех заданных ВП по определенной программе, например ПИАР [6]. При этом диаграмма направленности виртуальной антенны и высота ее подвеса для расчета напряженности на ВП выбираются такими же, как и на РКП. В качестве примера, на фиг. 2 приведена (КЗ) напряженностей поля между РКП и одним из ВП. Для трех пар ВП и РКП коэффициенты корреляции, показывающие тесноту связи между напряженностями полей, приведены, в качестве примера, ниже в таблице 1:
а
a
а
b
b
b
b
b
b
а
b
a
b
Согласно заявляемому способу, задают координаты РКП (х, y) и измеряют на нем напряженность Е и азимут ϕ на ИРИ с искомыми координатами O(х, у); задают координаты ВП в точке B(x, y) и вычисляют напряженность E в ВП и азимут ψ≠ϕ от РКП на ВП, как ψ=arctg (y-у)/(x-x), а также разность вычисленного и измеренного азимутов θ=ψ-ϕ. Затем записывают соотношение между сторонами треугольника АОВ, используя теорему косинусов:
2
α
Так как отношение квадратов расстояний  равно обратному отношению квадратов напряженностей , обозначенному через α, то  Подставляя это значение квадрата расстояния  в (1), получают квадратное уравнение относительно R в виде:
a
a
a
Решают это уравнение, определяя R, а затем результаты вычисления расстояния R корректируют по калибровочной характеристике (КХ), приведенной на фиг. 3  и представляющей зависимость разности вычисленных расстояний местоположения от базовых источников радиоизлучений до РКП и их истинных расстояний, известных по соответствующей базе данных, как функцию зависимости ошибки определения расстояний от отношения напряженностей в паре РКП/ВП. Для этого по ранее вычисленным, для установления КЗ, значениям напряженности поля на РКП и ВП вычисляют расстояние по приведенному выше уравнению теоремы косинусов от использованных при этом базовых источников радиоизлучений до РКП. И устанавливают величину получаемой ошибки как разность вычисленных значений и их истинных расстояний, известных по соответствующей базе данных базовых источников радиоизлучений. После корректировки вычисленных расстояний R их усредняют.
а
a
а
a
Координаты местоположения ИРИ (КМПИРИ) определяют после этого как: х=х+Rcosϕ, y=у+Rsinϕ.
Еще раз опишем алгоритм по пунктам:
1. На РКП измеряют напряженность поля сигнала от искомого ИРИ и азимут ϕ на него.
2. По координатам РКП формируют координаты нескольких ВП, не лежащих на одной прямой с РКП и отличающихся от его координат на несколько угловых минут.
3. Используя базу данных радиоэлектронных средств (БДРЭС) РКП, определяют из них те базовые передающие РЭС, которые располагаются в секторе измеренного азимута ϕ, с учетом погрешности ЛПАС, и вычисляют напряженность поля, создаваемую ими, как на РКП, так и нам всех ВПi, используя известные программы, например ПИАР.
4. По этим вычисленным значениям напряженности поля устанавливают корреляционную зависимость напряженности поля на каждом из ВПi с напряженностью поля на РКП.
5. По установленной корреляционной зависимости и величине измеренной на РКП напряженности поля искомого ИРИ определяют напряженность поля искомого ИРИ на каждом из ВПi.
6. По измеренной на РКП напряженности вычисляют ее отношение αi к напряженности каждого BПi.
7. По вычисленной в п. 3 на РКП напряженности вычисляют ее отношение αi к вычисленной напряженности каждого BПi.
8. Вычисляют азимуты ψi пучка прямых с центром РКП на каждый ВПi.
9. Определяют разности θi=ψi-ϕ для каждого из ВПi.
10. Вычисляют, по координатам РКП и ВПi, расстояния Rai между ними.
11. Вычисляют расстояния Ra от РКП до источника радиоизлучения на основе, полученного в п.6, отношения αi, по формуле, вытекающей из теоремы косинусов:
12. Для получения калибровочной характеристики, как зависимости величины ошибки δ(αi) от отношения αi выполняют пп. 3, 7-11, но уже применительно к базовым передающим РЭС, находящимся в секторе измеренного азимута ϕ.
13. Вычисляют разность δ(αi)=Rистбаз-Rвычбаз.
14. Вычисленные расстояния корректируют по калибровочной характеристике, как Rаист=Rвыч+δ(αi).
a
15. Результаты корректировки Rдля всех ВПi усредняют.
a
a
a
a
16. Координаты местоположения ИРИ (КМПИРИ) вычисляют как: х=x+Rcosϕ, y=y+Rsinϕ и окончательно фиксируют как искомые координаты местоположения ИРИ.
Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что аналоги и наиболее близкий из них - прототип, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявляемого способа определения координат местоположения ИРИ, отсутствуют и, следовательно, заявляемый способ обладает свойством новизны.
Исследование известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого способа, показало, что он не следует явным образом из уровня техники, из которого не выявлена также известность влияния преобразований, предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения, на достижение указанного результата, что позволяет считать заявляемый объект соответствующим уровню патентоспособности "изобретательский уровень".
Источники информации
1. Сборник материалов курсов повышения квалификации специалистов радиочастотных центров федеральных округов. Книга 2. - СПб.: СПбГУТ. 2003.
2. Липатников В.А., Соломатин А.И., Терентьев А.В. Радиопеленгация. Теория и практика. Спб. ВАС, 2006 г. - 356 с.
3. Разностно-дальномерный способ пеленгования источника радиоизлучения. Патент РФ №2325666 С2. Авторы: Сайбель А.Г., Сидоров П.А.
4. Разнесенный разностно-дальномерный пеленгатор. Патент РФ №2382378, С1. Авторы: Ивасенко А.В., Сайбель А.Г., Хохлов П.Ю.
5. Способ местоопределения источников радиоизлучений. Патент №2248584 С2. Автор(ы): Лузинов В.А. (RU), Устинов К.В. (RU).
6. Проектирование и анализ радиосетей. Описание и инструкция по эксплуатации. Ярославль, 2009.