СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ
METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING LOCATION OF RADIO SOURCE

Изобретения объединены одним изобретательским замыслом, относятся к радиотехнике и могут быть использованы в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения априорно неизвестного источника радиоизлучения (ИРИ) с летно-подъемного средства (ЛПС).
Известен способ и устройство определения местоположения источников радиоизлучений (см. пат. РФ по заявке №2009146632, МПК G01S 5/04, опубл. 20.06.2011 г.).
П
П
К
К
П
П
П
П
П
П
П
C
C
C
Способ-аналог заключается в том, что на подготовительном этапе однонаправлено ориентируют антенную систему пеленгатора {θ, β} и видеокамеру {θ, β} в азимутальной θ и угломестной β плоскостях соответственно, преобразуют исходные угловые параметры антенной системы пеленгатора {θ, β} с целью приведения их в соответствие исходным угловым параметрам видеокамеры, для чего угловые параметры {θ, β} переводят в декартову систему координат (X, Y, Z), вектором (X, Y, Z) учитывают смещение центров координат антенной системы пеленгатора и видеокамеры, а вектором углов поворота учитывают взаимные углы соответствующих осей координат, определяют уточненный вектор углов поворота и исходную ориентацию антенной системы пеленгатора и видеокамеры, в соответствии с ними перестраивают видеокамеру, уточняют местоположение ИРИ на местности по его изображению.
Способ позволяет повысить точность местоопределения ИРИ благодаря получению его изображения на местности. Однако аналогу присущи недостатки:
ограниченные размеры контролируемой зоны (в пределах прямой видимости);
неизменность границ контролируемой зоны, отсутствие возможности оперативного отслеживания местоположения ИРИ, покидающих зону контроля.
ij
ij
lps
lps
lps
i
lps
lps
lps
ij
i
ant
ant
ant
i
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ по пат. РФ №2419106, МПК G01S 13/46, опубл. 20.05.2011 г., бюл. №14. Он включает прием сигналов ИРИ в заданной полосе частот ΔF перемещающимся в пространстве бортовым пеленгатором, установленным на летно-подъемном средстве (ЛПС), измерение пространственно-информационных параметров обнаруженных сигналов: азимута θ и угла места β в системе координат антенной системы с одновременным определением местоположения ЛПС (В, L, H), где B, L, H соответственно широта, долгота и высота ЛПС, предварительное определение удаления d ИРИ от ЛПС и координат j-го ИРИ в момент времени t в левосторонней системе декартовых координат антенной системы пеленгатора, коррекцию координат ИРИ  с учетом априорно известной ориентации антенной системы бортового пеленгатора относительно ЛПС (k, l, ζ) путем последовательного умножения значений координат  на соответствующие углам Эйлера матрицы поворота, вычисление истинных геоцентрических координат местоположения ИРИ  с учетом измеренных в момент времени t пространственных углов ЛПС: крена , тангажа , курсового угла  и склонения , а также координат его местоположения: широты  долготы  и высоты  определение склонения  как разность между путевым  и курсовым  углами ЛПС, преобразование истинных геоцентрических координат  местоположения j-го ИРИ в географические координаты
Способ-прототип позволяет определять координаты ИРИ из одной точки. Повышение точности местоопределения достигается путем более полного учета пространственной ориентации ЛПС. Прототип обеспечивает контроль за большими площадями контролируемой зоны в соответствии с маршрутом его полета, позволяет оперативно реагировать на изменения границ зоны (на перемещения контролируемых ИРИ) путем изменения маршрута его полета.
Однако способу-прототипу присущ недостаток, связанный с недостаточной точностью определения местоположения ИРИ.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому устройству определения местоположения ИРИ является устройство по пат. РФ №2419106 "Способ и устройство определения координат источника радиоизлучения", G01S 13/46, опубл. 20.05.2011 г., бюл. №14.
Устройство-прототип содержит антенную систему, выполненную из N>2 идентичных элементов, расположенных в плоскости пеленгования, антенный коммутатор, N входов которого подключены к соответствующим N выходам антенной системы, а сигнальный и опорный выходы антенного коммутатора подключены соответственно к сигнальному и опорному входам двухканального приемника, выполненного по схеме с общими гетеродинами, аналого-цифровой преобразователь, выполненный двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, причем сигнальный и опорный выходы промежуточной частоты двухканального приемника соединены соответственно с сигнальным и опорным входами аналого-цифрового преобразователя, блок, преобразования Фурье, выполненный двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, сигнальный и опорный входы которого соединены соответственно с сигнальным и опорным выходами аналого-цифрового преобразователя, первое и второе запоминающие устройства, блок вычитания, блок формирования эталонных значений первичных пространственно-информационных параметров (ППИП), блок вычисления ППИП, первый информационный вход которого соединен с сигнальным выходом блока преобразования Фурье, а второй информационный вход - с опорным выходом блока преобразования Фурье, группа информационных выходов блока вычисления ППИП соединена с группой информационных входов первого запоминающего устройства, группа информационных выходов которого соединена с группой входов вычитаемого блока вычитания, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов второго запоминающего устройства, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока формирования эталонных значений ППИП, группа информационных входов которого является первой входной установочной шиной устройства определения местоположения ИРИ, последовательно соединенные умножитель, сумматор, третье запоминающее устройство, блок определения азимута и угла места, причем первая и вторая группы информационных входов умножителя объединены поразрядно и соединены с группой информационных выходов блока вычитания, генератор синхроимпульсов, выход которого соединен с управляющим входом антенного коммутатора, входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, первого, второго и третьего запоминающих устройств, блока вычитания, умножителя, сумматора, блока определения азимута и угла места, блока формирования эталонных значений ППИП, блока вычисления ППИП, первый вычислитель, предназначенный для определения предварительных координат ИРИ  второй вычислитель, предназначенный для определения скорректированных координат ИРИ  третий вычислитель, предназначенный для определения истинных геоцентрических координат ИРИ  четвертый вычислитель, предназначенный для преобразования истинных геоцентрических координат ИРИ  в географические координаты  четвертое запоминающее устройство, радионавигатор, блок угловой ориентации ЛПС, предназначенный для измерения углов крена , тангажа  и склонения  причем первый, второй, третий и четвертый вычислители подключены последовательно, группа информационных выходов четвертого вычислителя является выходной шиной устройства определения местоположения ИРИ, а первая и вторая группы информационных входов первого вычислителя соединены соответственно с первой и второй группами информационных выходов блока определения азимута и угла места, третья группа информационных входов первого вычислителя соединена со второй группой информационных выходов радионавигатора, первая группа информационных выходов которого соединена с второй группой информационных входов третьего вычислителя и первой группой информационных входов блока угловой ориентации ЛПС, вторая, третья и четвертая группы информационных входов которого являются соответственно третьей, четвертой и пятой входными установочными шинами устройства определения местоположения ИРИ, а группа информационных выходов блока угловой ориентации ЛПС соединена с третьей группой информационных входов третьего вычислителя, группа информационных выходов четвертого запоминающего устройства соединена со второй группой информационных входов второго вычислителя, а группа информационных входов является второй входной установочной шиной устройства определения местоположения ИРИ, входы синхронизации первого, второго, третьего и четвертого вычислителей объединены и соединены со входами синхронизации четвертого запоминающего устройства, блока угловой ориентации ЛПС и выходом генератора синхроимпульсов.
Целью заявляемых технических решений является разработка способа и устройства определения местоположения источника радиоизлучения с борта ЛПС, обеспечивающих повышение точности определения местоположения ИРИ путем получения его видеоизображения и привязки к элементам окружающего рельефа местности.
ij
ij
lps
lps
lps
i
lps
lps
lps
ij
i
ant
ant
ant
i
ij
ij
ij
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения местоположения источника радиоизлучения, включающем прием сигналов ИРИ в заданной полосе частот ΔF перемещающимся в пространстве бортовым пеленгатором, установленным на летно-подъемном средстве, измерение пространственно-информационных параметров обнаруженных сигналов: азимута θ и угла места β в системе координат антенной системы с одновременным определением местоположения ЛПС (B, L, H), где B, L, H соответственно широта, долгота и высота ЛПС, предварительное определение удаления d ИРИ от ЛПС и координат j-го ИРИ в момент времени t в левосторонней системе декартовых координат антенной системы пеленгатора, коррекцию координат ИРИ  с учетом априорно известной ориентацией антенной системы бортового пеленгатора относительно ЛПС (k, l, ζ) путем последовательного умножения значений координат  на соответствующие углам Эйлера матрицы поворота, вычисление истинные геоцентрических координат местоположения ИРИ  с учетом измеренных в момент времени t пространственных углов ЛПС: крена , тангажа , курсового угла  и склонения , а также координат его местоположения: широты , долготы  и высоты , определение склонения  как разность между путевым  и курсовым  углами ЛПС, преобразование истинных геоцентрических координат  местоположения j-го ИРИ в географические координаты  дополнительно на подготовительном этапе устанавливают видеокамеру под фюзеляжем ЛПС. В процессе работы определяют удаление j-го ИРИ относительно координат ЛПС по параллели dL, меридиану dB и перпендикуляру (высоте) dH. Вычисляют предварительные значения азимутального угла  и угла места  настройки видеокамеры без учета пространственной ориентации ЛПС и видеокамеры. Преобразуют сферические координаты  и  j-го ИРИ в нормальную систему координат  и далее в систему координат видеокамеры  с учетом пространственной ориентации ЛПС и видеокамеры. Определяют истинные значения азимутального угла  и угла места  ориентации видеокамеры на j-й ИРИ. Одновременно оценивают угол закрытия корпусом ЛПС направления на j-й ИРИ. При выполнении условия  ориентируют видеокамеру в соответствии с параметрами  и .
Благодаря новой совокупности признаков в заявляемом способе по видеоизображению контролируемого ИРИ достигается уточнение его местоположения относительно окружающих его элементов рельефа местности, а следовательно - повышение точности местоопределения.
В заявляемом устройстве определения местоположения ИРИ поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из антенной системы, выполненной из N>2 идентичных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования, антенного коммутатора, N входов которого подключены к соответствующим N выходам антенной решетки, а сигнальный и опорный выходы антенного коммутатора подключены соответственно к сигнальному и опорному входам двухканального приемника, выполненного по схеме с общими гетеродинами, аналого-цифрового преобразователя, выполненного двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, причем сигнальный и опорный выходы промежуточной частоты двухканального приемника соединены соответственно с сигнальным и опорным входами аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, выполненного двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, сигнальный и опорный входы которого соединены соответственно с сигнальным и опорным выходами аналого-цифрового преобразователя, первого и второго запоминающих устройств, блока вычитания, блока формирования эталонных значений первичных пространственно-информационных параметров (ППИП), блока вычисления ППИП, первый информационный вход которого соединен с сигнальным выходом блока преобразования Фурье, а второй информационный вход - с опорным выходом блока преобразования Фурье, группа информационных выходов блока вычисления ППИП соединена с группой информационных входов первого запоминающего устройства, группа информационных выходов которого соединена с группой входов вычитаемого блока вычитания, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов второго запоминающего устройства, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока формирования эталонных значений ППИП, группа информационных входов которого является первой входной установочной шиной устройства определения местоположения ИРИ, последовательно соединенных умножителя, сумматора, третьего запоминающего устройства, блока определения азимута и угла места, причем первая и вторая группы информационных входов умножителя объединены поразрядно и соединены с группой информационных выходов блока вычитания, генератора синхроимпульсов, выход которого соединен с управляющим входом антенного коммутатора, входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, первого, второго и третьего запоминающих устройств, блока вычитания, умножителя, сумматора, блока определения азимута и угла места, блока формирования эталонных значений ППИП, блока вычисления ППИП, первого вычислителя, предназначенного для определения предварительных координат ИРИ  второго вычислителя, предназначенного для определения скорректированных координат ИРИ  третьего вычислителя, предназначенного для определения истинных геоцентрических координат ИРИ  четвертого вычислителя, предназначенного для преобразования истинных геоцентрических координат ИРИ  в географические координаты  четвертого запоминающего устройства, радионавигатора, блока угловой ориентации ЛПС, предназначенного для измерения крена , тангажа  и склонения  причем первый, второй, третий и четвертый вычислители подключены последовательно, первая и вторая группы информационных входов первого вычислителя соединены соответственно с первой и второй группами информационных выходов блока определения азимута и угла места, третья группа информационных входов первого вычислителя соединена со второй группой информационных выходов радионавигатора, первая группа информационных выходов которого соединена с второй группой информационных входов третьего вычислителя и первой группой информационных входов блока угловой ориентации ЛПС, вторая, третья и четвертая группы информационных входов которого являются соответственно третьей, четвертой и пятой входными установочными шинами устройства определения местоположения ИРИ, а группа информационных выходов блока угловой ориентации ЛПС соединена с третьей группой информационных входов третьего вычислителя, группа информационных выходов четвертого запоминающего устройства соединена со второй группой информационных входов второго вычислителя, а группа информационных входов является второй входной установочной шиной устройства определения местоположения ИРИ, входы синхронизации первого, второго, третьего и четвертого вычислителей объединены и соединены со входами синхронизации четвертого запоминающего устройства, блока угловой ориентации ЛПС и выходом генератора синхроимпульсов, дополнительно введены последовательно соединенные пятый вычислитель, предназначенный для определения направления на ИРИ  без учета углов ориентации, шестой вычислитель, предназначенный для определения направления на ИРИ  с учетом пространственной ориентации ЛПС и видеокамеры, контроллер видеокамеры, предназначенный для преобразования управляющего сигнала  в соответствующее механическое воздействие на видеокамеру, и видеокамера, причем первая группа информационных входов пятого вычислителя соединена с группой информационных выходов четвертого вычислителя, а вторая группа информационных входов - с первой группой информационных выходов радионавигатора, вторая группа информационных входов шестого вычислителя соединена с группой информационных выходов блока угловой ориентации летно-подъемного средства, третья группа информационных входов является шестой установочной шиной устройства определения местоположения источника радиоизлучения, а вход синхронизации соединен со входом синхронизации пятого вычислителя и выходом генератора синхроимпульсов.
Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что вводятся новые элементы и связи, позволяет достичь цели изобретения: повысить точность местоопределения ИРИ за счет использования его видеоизображения на местности.
Заявляемые объекты поясняются чертежами, на которых показаны:
на фиг.1 - структурная схема устройства определения местоположения ИРИ;
на фиг.2 - обобщенный алгоритм определения местоположения ИРИ;
на фиг.3 - структурная схема пятого вычислителя;
на фиг.4 - алгоритм работы пятого вычислителя;
на фиг.5 - структурная схема шестого вычислителя;
на фиг.6 - алгоритм работы шестого вычислителя.
ij
ij
ij
ij
Известные способы и устройства местоопределения ИРИ, базирующиеся на ЛПС, предназначены для определения их координат. Однако точностные характеристики существующих измерителей зависят от многих факторов: соотношения сигнал/шум, полноты использования параметров электромагнитного поля, количества этапов обработки сигналов, взаимного пространственного размещения ЛПС и ИРИ и т.д. Эффективность названных подходов в различных ситуациях отличается друг от друга и, как правило, низка. В предлагаемых способе и устройстве для решения названной проблемы предлагается комплексный подход: совместное использование бортового пеленгатора и управляемой им видеокамеры. Наведение видеокамеры осуществляют с использованием пространственных параметров ИРИ (θ, β), полученных от бортового пеленгатора в масштабе времени, близком к реальному. С этой целью координаты местоположения ИРИ, получаемые устройством-прототипом, необходимо преобразовать в пространственные параметры сигналов ИРИ (θ, β) с учетом текущего местоположения ЛПС и его пространственной ориентацией. В результате выполнения названной операции становится возможным уточнение местоположения ИРИ путем анализа выделенного видеокамерой локального участка местности (визуально точно определить местоположение контролируемого ИРИ с учетом привязки к окружающим элементам рельефа местности, выполнить первичный анализ по его идентификации и т.д.).
ant
ant
ant
ant
ant
ant
ant
ant
ant
ant
ij
ij
Реализация заявляемого способа поясняется следующим образом. На подготовительном этапе измеряют ориентацию антенной системы пеленгатора в трех плоскостях, принятых в авиации как крена k, тангажа l, курса α или склонения ζ (k, l, ζ) относительно корпуса ЛПС. Значения (k, l, ζ) запоминают и в последующем используют для уточнения результатов измерений θ и β. Под фюзеляжем ЛПС устанавливают видеокамеру. Совмещение центров антенной системы (АС) и видеокамеры не требуется в связи со значительным удалением ЛПС от ИРИ.
ij
ij
i
lps
lps
lps
i
lps
lps
lps
i
В процессе полета ЛПС по аналогии со способом-прототипом в заданной полосе частот ΔF осуществляют поиск и прием сигналов ИРИ, измерение их пространственных параметров: θ азимута и β угла места в системе координат антенной системы. Одновременно в момент времени t с помощью глобальной навигационной спутниковой системой (ГНСС) определяют местоположение собственно ЛПС (В, L, H), где B, L, H соответственно широта, долгота и высота ЛПС. Данную функцию, как правило, реализуют с помощью GPS навигатора (см. u-blox:http://www.u-blox.com/custimersupport/antaris4doc.html). На основе полученных данных осуществляют предварительное определение удаления ИРИ от ЛПС  и его координат  в момент времени t в левосторонней системе декартовых координат антенной системы пеленгатора:
ij
ij
ij
Данные результаты получены без учета ориентации антенной системы пеленгатора относительно корпуса ЛПС в пространстве, а выполненную операцию можно интерпретировать следующим образом. По измеренному направлению (θ, β) откладывают расстояние d и получают вектор - местоположения источника в системе координат AC.
В предлагаемом способе учитывается ориентация AC пеленгатора относительно ЛПС и положение ЛПС в пространстве. Это достигается путем последовательного перехода из одной системы координат в другую, что удобнее и быстрее выполнить в декартовой системе координат.
ant
ant
ant
В первом преобразовании учитывают априорно известную ориентацию АС относительно ЛПС (уточняют координаты ИРИ) на основе данных, полученных на подготовительном этапе. Коррекцию  осуществляют в плоскости трех углов Эйлера: крена k, тангажа l и курса α. Исходный вектор  последовательно перемножают на три соответствующие углам Эйлера матрицы поворота
lps
lps
lps
lps
lps
На следующем этапе осуществляют перевод вектора уточненных координат  в геоцентрическую систему координат. Это преобразование учитывает ориентацию ЛПС относительно земной поверхности и положение ЛПС в пространстве, что позволяет получить истинные геоцентрические координаты ИРИ . Ориентация ЛПС обычно задается углами k, l и ζ, которые определяют в каждой точке относительно плоскости, касательной к сферической модели земной поверхности. Ось крена k лежит в этой плоскости и направлена на географический север, ось склонения ζ перпендикулярна указанной плоскости и направлена к центру Земли, ось тангажа лежит в указанной плоскости таким образом, что тройка осей представляет правую декартову систему координат. Полученный на предыдущем этапе вектор последовательно перемножают на три составляющие матрицы поворота (относительно каждой из названных осей).
lps
lps
Система координат, в которой на данном этапе находится вектор  расположена с некоторым поворотом, который зависит от широты и долготы местоположения ЛПС. Для окончательного перехода в геоцентрическую систему координат необходимо довернуть  на широту ЛПС B и π/2 минут долготу ЛПС L, используя матрицы поворота, а затем перенести центр системы координат в центр Земли, используя геоцентрические координаты ЛПС. В результате имеем
На завершающем этапе преобразуют истинные геоцентрические координаты  местоположения ИРИ в географические координаты  где ,
,
k
k
k
lps
lps
lps
Завершение операции по определению координат ИРИ позволяет перейти к следующему этапу - наведению видеокамеры на источник и прилегающую местность. Для точного наведения видеокамеры кроме координат ИРИ необходимо знать ее исходную ориентацию относительно борта ЛПС: крен k, тангаж l и склонение ζ (эти параметры во время полета не меняются), координаты и ориентацию ЛПС на момент наведения видеокамеры k, l и ζ (постоянно обновляемые данные). В результате необходимо перейти от координат ИРИ к азимуту  и углу места  направления на источник в системе координат видеокамеры.
ij
ij
ij
Операции, выполняемые с этой целью, целесообразно разделить на два этапа. На первом из них определяют направление на ИРИ  с ЛПС без учета углов ориентации (используют только координаты ЛПС и объекта). Вычисляют смещение j-го ИРИ относительно ЛПС по трем координатам (в декартовой системе координат с ЛПС, находящимся в ее центре). Оси системы координат направлены следующим образом: по касательной к меридиану dB, по касательной к параллели dL и по перпендикуляру к земной поверхности dH в метрах:
eq
где D - длина экватора в метрах.
Зная указанные координаты несложно определить (без учета ориентации ЛПС и видеокамеры) предварительные значения азимута  и угла места  направления ориентации видеокамеры на j-й ИРИ путем перевода полученных результатов в сферическую систему координат
На очередном этапе на основе полученных результатов предварительно рассчитывается вектор  в нормальной системе координат, удобной к применению матриц поворота для углов ориентации  и
Переход через эту систему координат продиктован тем, что в ней измеряются углы ориентации ЛПС. Получение вектора направления на j-й ИРИ в нормальной системе координат также предпочтительно. Во-первых, вычисление угла места  возможно только в рассматриваемой системе координат, так как это фактически угол отклонения направления на ИРИ от горизонтальной плоскости в точке нахождения ЛПС. Во-вторых, в этой системе координат удобно решать задачу определения точки пересечения вектора направления на ИРИ с "круглой" Землей в силу того обстоятельства, что одна из осей системы координат направлена к центру Земли (см. Авиация: Энциклопедия. М.: Большая Российская энциклопедия, 1994 г.).
В результате перемножения этого вектора на шесть матриц поворота в определенном порядке (по количеству учитываемых углов) получают вектор  соответствующий координатам j-го ИРИ в системе координат видеокамеры
φ - значение соответствующего пространственного параметра ЛПС или ИРИ.
Перевод полученных координат в сферическую систему координат позволяет получить искомые углы направления на объект - азимут  и угол места , по которым осуществляют наведение видеокамеры
где
На следующем этапе полученные результаты проверяют на предмет закрытия корпусом ЛПС направления на j-й ИРИ. В случае  видеокамера выходит вверх за "свой" горизонт, а направление на источник закрыто корпусом ЛПС. Видеокамера на j-й ИРИ не направляется и начинается новый цикл работы (см. фиг.2, 4, 6). При выполнении условия  результаты измерений  и  поступают на вход контроллера видеокамеры. Под управлением контроллера осуществляются наведение видеокамеры в соответствии с поступившими результатами.
В процессе полета ЛПС значения  и  уточняются, а видеокамера отслеживает местоположение ИРИ.
Предлагаемые способ и устройство определения местоположения ИРИ реализованы и прошли апробацию на наземных стационарных стендах и далее на ЛПС. Выполненные эксперименты показали, что точность наведения видеокамеры на источник радиоизлучения в основном определяется точностью его местоопределения. При высокой достоверности определения координат ИРИ на полученном видеоизображении интересующие объекты различимы, возможно проведение первичного анализа по их идентификации и привязки к окружающим элементам рельефа местности. Реализованная высокая скорость определения угловой ориентации ЛПС позволяет точно и своевременно наводить видеокамеру.
lpsi
lpsi
lpsi
Устройство определения местоположения ИРИ (см. фиг.1) содержит антенную решетку 5, выполненную из N>2 идентичных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования, антенного коммутатора 6, N входов которого подключены к соответствующим N выходам антенной решетки 5, а сигнальный и опорный выходы коммутатора 6 подключены соответственно к сигнальному и опорному входам двухканального приемника 7, выполненного по схеме с общими гетеродинами, аналого-цифровой преобразователь 8, выполненный двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, причем сигнальный и опорный выходы промежуточной частоты двухканального приемника 7 соединены соответственно с сигнальным и опорным входами аналого-цифрового преобразователя 8, блок преобразования Фурье 9, выполненный двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, сигнальный и опорный входы которого соединены соответственно с сигнальным и опорным выходами аналого-цифрового преобразователя 8, первое 11 и второе 2 запоминающие устройства, блок вычитания 12, блок формирования эталонных значений ППИП 3, блок вычисления ППИП 10, первый информационный вход которого соединен с сигнальным выходом блока преобразования Фурье 9, а второй информационный вход - с опорным выходом блока преобразования Фурье 9, группа информационных выходов блока вычисления ППИП 10 соединена с группой информационных входов первого запоминающего устройства 11, группа информационных выходов которого соединена с группой входов вычитаемого блока вычитания 12, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов второго запоминающего устройства 2, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока формирования эталонных значений ППИП 3, группа информационных входов которого является первой входной установочной шиной 4 устройства определения местоположения ИРИ, последовательно соединенные умножитель 13, сумматор 14, третье запоминающее устройство 15, блок определения азимута и угла места 16, причем первая и вторая группы информационных входов умножителя 13 объединены поразрядно и соединены с группой информационных выходов блока вычитания 12, генератор синхроимпульсов 1, выход которого соединен с управляющим входом антенного коммутатора 6, входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя 8, блока преобразования Фурье 9, первого 11, второго 2 и третьего 15 запоминающих устройств, блока вычитания 12, умножителя 13, сумматора 14, блока определения азимута и угла места 16, блока формирования эталонных значений ППИП 3 и блока вычисления ППИП 10, первый вычислитель 17, предназначенный для определения предварительных координат ИРИ  второй вычислитель 18, предназначенный для определения скорректированных координат ИРИ  третий вычислитель 19, предназначенный для определения истинных геоцентрических координат ИРИ  четвертый вычислитель 20, предназначенный для преобразования истинных геоцентрических координат ИРИ  в географические координаты четвертое запоминающее устройство 26, радионавигатор 27, блок угловой ориентации ЛПС 28, предназначенное для измерения углов крена k, тангажа l и склонения ζ ЛПС, причем первый 17, второй 18, третий 19 и четвертый 20 вычислители подключены последовательно, первая и вторая группы информационных входов первого вычислителя 17 соединены соответственно с первой и второй группами информационных выходов блока определения азимута и угла места 16, третья группа информационных входов первого вычислителя 17 соединена со второй группой информационных выходов радионавигатора 27, первая группа информационных выходов блока 27 соединена со второй группой информационных входов третьего вычислителя 19 и группой информационных входов блок угловой ориентации ЛПС 28, вторая, третья и четвертые группы информационных входов блока 28 являются соответственно третьей 31, четвертой 29 и пятой 30 входными установочными шинами устройства определения местоположения ИРИ, группа информационных выходов блока 28 соединена с третьей группой информационных входов третьего вычислителя 19, группа информационных выходов четвертого запоминающего устройства 26 соединена со второй группой информационных входов второго вычислителя 18, а группа информационных входов является второй входной установочной шиной 25 устройства определения местоположения ИРИ, входы синхронизации первого 17, второго 18, третьего 19 и четвертого 20 вычислителей объединены и соединены с входами синхронизации четвертого запоминающего устройства 26, блока угловой ориентации ЛПС 28 и выходом генератора синхроимпульсов 1.
Для обеспечения повышения точности определения местоположения ИРИ путем получения его видеоизображения дополнительно введены последовательно соединенные пятый вычислитель 21, предназначенный для определения направления на ИРИ  без учета углов ориентации ЛПС и видеокамеры, шестой вычислитель 22, предназначенный для определения направления на ИРИ  с учетом пространственной ориентации ЛПС и видеокамеры, контроллер видеокамеры 23, предназначенный для преобразования управляющего сигнала  в соответствующее механическое воздействие на видеокамеру, и видеокамера 24. Причем, первая группа информационных входов пятого вычислителя 21 соединена с группой информационных выходов четвертого вычислителя 20, а вторая группа информационных входов - с первой группой информационных выходов радионавигатора 27. Вторая группа информационных входов шестого вычислителя 22 соединена с группой информационных выходов блока угловой ориентации летно-подъемного средства 28. Третья группа информационных входов блока 22 является шестой установочной шиной устройства определения местоположения источника радиоизлучения 32, а вход синхронизации соединен со входом синхронизации пятого вычислителя 21 и выходом генератора синхроимпульсов 1.
При этом пятый вычислитель 21 (см. фиг.3) выполнен содержащим первый 33, второй 34 и третий 36 блоки вычитания, первые группы информационных входов которых объединены и являются первой группой информационных входов пятого вычислителя 21, вторые группы информационных входов блоков 33, 34 и 36 объединены и являются второй группой информационных входов пятого вычислителя 21, последовательно соединенные первый блок памяти 35, первый умножитель 37, блок вычисления cos-функции 38, второй умножитель 40, четвертый умножитель 42, сумматор 44, блок извлечения квадратного корня 45 и первый блок вычисления arctg-функции 46, причем вторая группа информационных входов первого умножителя 37 объединена с первой группой информационных входов третьего блока вычитания 36, вторая группа информационных входов второго умножителя 40 соединена с группой информационных выходов второго блока вычитания 34, а вторая группа информационных входов первого блока вычисления arctg-функции 46 соединена с группой информационных выходов первого блока вычитания 33, последовательно соединенные второй блок памяти 39, третий умножитель 41, пятый умножитель 43, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов сумматора 44, вторая группа информационных входов пятого умножителя 43 поразрядно объединена с первой группой информационных входов блока 43, и второй блок вычисления arctg-функции 47, информационные входы которого совместно с информационными выходами первого блока вычисления arctg-функции 46 образуют группу информационных выходов пятого вычислителя 21, первая группа информационных входов блока 47 объединена с первой и второй группами информационных входов четвертого умножителя 42, вторая группа информационных входов блока 47 соединена с группой информационных выходов третьего умножителя 41, первая группа информационных входов которого объединена со второй группой информационных входов второго умножителя 40, а вторая группа информационных входов блока 41 соединена с группой информационных выходов третьего блока вычитания 36, вход синхронизации которого объединен со входами синхронизации первого 33 и второго 34 блоков вычитания, первого 37, второго 40, третьего 41, четвертого 42 и пятого 43 умножителей и одновременно является входом синхронизации пятого вычислителя 21.
Шестой вычислитель 22 (см. фиг.5) выполнен содержащим последовательно соединенные первый блок вычисления cos-функции 49, первый умножитель 52, первый инвертор 54, сумматор 55, третий умножитель 57, четвертый умножитель 59, пятый умножитель 61, шестой умножитель 63, седьмой умножитель 65, восьмой умножитель 67, разветвитель 68 и блок вычисления arctg-функции 71, причем вторая группа информационных входов сумматора 55 соединена с группой информационных выходов первого блока вычисления sin-функции 48, а третья группа информационных входов блока 55 соединена с группой информационных выходов второго умножителя 53, вторая группа информационных входов которого объединена с группой информационных входов первого умножителя 52, а первая группа информационных входов соединена с группой информационных выходов второго блока вычисления sin-функции 51, группа информационных входов которого объединена с группой информационных входов второго блока вычисления cos-функции и совместно с группами информационных входов блоков 48 и 49 являются первой группой информационных входов шестого вычислителя 22, группы информационных входов первого 56, второго 58 и третьего 60 блоков формирования матриц поворота являются третьей группой информационных входов шестого вычислителя 22, причем группы информационных выходов блоков 56, 58 и 60 соединены со вторыми группами информационных входов блоков 57, 59 и 61 соответственно, группы информационных входов четвертого 62, пятого 64 и шестого 66 блоков формирования матриц поворота являются второй группой информационных входов шестого вычислителя 22, а группы информационных выходов блоков 62, 64 и 66 соединены соответственно со вторыми группами информационных входов шестого 63, седьмого 65 и восьмого 67 умножителей, последовательно соединенные блок вычисления модуля 69, делитель 70, блок вычисления arcsin-функции 72 и второй инвертор 73, группа информационных выходов которого совместно с группой информационных выходов блока вычисления arctg-функции 71 являются группой информационных выходов шестого вычислителя 22, а группа информационных входов блока вычисления модуля 69 объединена с группой информационных входов разветвителя 68, третья группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов делителя 70, вторая группа информационных выходов блока 68 соединена со второй группой информационных входов блока 71, а вход синхронизации делителя 70 объединен со входами синхронизации первого 52, второго 53, третьего 57, четвертого 59, пятого 61, шестого 63, седьмого 65 и восьмого умножителей и входом синхронизации шестого вычислителя 22.
Устройство определения местоположения ИРИ (см. фиг.1) работает следующим образом. Заявляемое устройство представляет из себя фазовый интерферометр (блоки 1-16), дополненный элементами навигации (блоки 27, 28), вычислительными модулями (блоки 17-22), запоминающим устройством 26, а также видеокамерой 24 и контроллером видеокамеры 23.
l,h
ν
ν
l,h
ν
Работа фазового интерферометра аналогична устройству-прототипу (см. пат. РФ №2263327, G01S 3/14, опубл. 27.10.2005 г., бюл. №30). На подготовительном этапе выполняют следующие операции. Измеряют взаимные расстояния между антенными элементами A антенной системы 5 при их размещении на плоскости. Результаты измерений по шине 4 (см. фиг.1) поступают на вход блока формирования эталонных значений ППИП 3. Весь заданный диапазон частот ΔF делят на поддиапазоны, размеры которых Δf определяются минимальной шириной пропускания приемных трактов 7. Поддиапазоны, количество которых V=ΔF/Δf, нумеруют ν=1, 2, …, V. Рассчитывают средние частоты всех поддиапазонов по формуле f=Δf(2ν-l)/2. Рассчитывают эталонные значения ППИП (блок 3) для средних частот всех поддиапазонов f. В качестве ППИП используют значения разностей фаз сигналов Δφ(f) для всех возможных парных комбинаций антенных элементов в рамках антенной системы 5.
l,h
ν
Выбор Δφ(f) в качестве ППИП основан на следующем. Одним из наиболее перспективных направлений развития измерителей пространственных параметров является использование интерферометрических пеленгаторов (см. Клименко Н.Н. Современное состояние теории и практики радиоинтерферометрии. // Зарубежная радиоэлектроника, 1990, №1, с.3-14). Интерферометры существуют двух типов: фазовые и корреляционные. В материалах пат. US №4728959 "Радиопеленгационная система", МПК G01S 5/04, опубл. 8.08.1986 г. отмечается, что в сильно пересеченной местности и городских условиях в меньшей степени подлежат искажению фазовые параметры сигнала. Кроме того, в книге Torrieri D. J. Principles of military communications system. Dedham. Massachusetts. Artech House, inc., 1981.-298p. отмечается, что: "потенциальные возможности оценки угла прихода сигнала путем сравнения фазы выше, чем у корреляционного интерферометра, если оцениваемый сигнал узкополосен и имеет малую нестабильность несущей частоты".
l,h,эт
ν
В процессе расчета эталонных ППИП в блоке 3 моделируют размещение эталонного источника поочередно вокруг АС измерителя с дискретностью Δθ и Δβ на удалении нескольких длин волн. В блоке 3 по известному алгоритму (см. пат. РФ №2283505, G01S 13/46, опубл. 24.05.2004 г., бюл. №30) вычисляют значение разностей фаз Δφ(f), которые в дальнейшем хранятся во втором запоминающем устройстве 2 (см. фиг.1).
ν
В процессе работы устройства с помощью блоков 5-16 осуществляют поиск и обнаружение сигналов ИРИ в заданной полосе частот ΔF. Принимаемые AC 5 сигналы на частоте f поступают на соответствующие входы антенного коммутатора 6. В задачу последнего входит обеспечение синхронного подключения в едином промежутке времени любых пар антенных элементов к опорному и сигнальному выходам. В результате последовательно во времени на оба сигнальных входа двухканального приемника 7 поступают сигналы со всех возможных пар антенных элементов (АЭ) антенной системы 5. При этом все антенные элементы периодически выступают как в качестве сигнальных, так и в качестве опорных (при условии использования полнодоступного коммутатора 6). Этим достигается максимальный набор статистики о пространственных параметрах электромагнитного поля.
l
h
l
h
Сигналы, поступившие на входы приемника 7, усиливают, фильтруют и переносят на промежуточную частоту, например 10,7 МГц. С опорного и сигнального выходов промежуточной частоты блока 7 сигналы поступают на соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 8, где их синхронно преобразуют в цифровую форму. Полученные цифровые отсчеты сигналов антенных элементов A и A в блоке 8 перемножают на цифровые отсчеты двух гармонических сигналов одной и той же частоты, сдвинутые относительно друг друга на π/2. В результате в блоке 8 формируют четыре последовательности отсчетов (квадратурные составляющие отсчетов от двух АЭ A и A). Для реализации необходимой импульсной характеристики цифровых фильтров в АЦП 8 выполняют операцию перемножения отсчетов каждой квадратурной составляющей сигнала на соответствующие отсчеты временного окна. Порядок выполнения этих операций подробно рассмотрен в пат. РФ №2263328 и пат. РФ №2283505.
На завершающем этапе в блоке 8 формируют две комплексные последовательности отсчетов путем попарного объединения соответствующих отсчетов скорректированных последовательностей, которые поступают на входы блока преобразования Фурье 9.
l
h
l,h
ν
l
h
В результате выполнения в блоке 9 операции в соответствии с выражением  получают две преобразованные последовательности, характеризующие спектры сигналов, принимаемых в АЭ A и A, а следовательно, и их фазовые характеристики. Однако этого недостаточно для измерения Δφ(f) в парах АЭ A и A. Последнее предполагает вычисление функции взаимной корреляции сигналов в соответствии с выражением
l,h
ν
где l, h=1, 2, …, N, l≠h - номер АЭ. На его основе определяют Δφ(f) как
l,h
ν
l,h,изм
ν
Эти функции выполняются блоком вычисления ППИП 10. В предлагаемом устройстве измеренное значение Δφ(f) очередным импульсом генератора 1 записывают в первое запоминающее устройство 11. Данная операция повторяется до тех пор, пока не будут записаны в блок 11 значения ППИП для всех возможных сочетаний пар АЭ. Выполнение этой операции соответствует формированию массива измеренных ППИП Δφ(f).
l,h,изм
ν
l,h,эт
ν
k
с
ν
Основное назначение блоков 12, 13, 14, 15, 16 и 2, 3 состоит в том, чтобы оценить степень отличия измеренных параметров Δφ(f) от эталонных значений Δφ(f), рассчитанных для всех направлений прихода сигнала Δθ и Δβ и всех f
l,h,эт
ν
l,h,изм
ν
По аналогии с прототипом данная операция осуществляется следующим образом. Эталонные значения Δφ(f), хранящиеся в запоминающем устройстве 2, поступают на вход уменьшаемого блока вычитания 12 (см. фиг.1). На вход вычитаемого блока 12 поступают измеренные значения Δφ(f) с выхода блока 11. Операция вычитания осуществляется в строгом соответствии с порядком формирования пар АЭ.
θ,β
ν
i
i
θ,β
ν
θ,β
ν
j
j
j+1
j+1
На следующем этапе полученные разности возводят в квадрат в блоке 13. Данная операция необходима для того, чтобы все результаты операции вычитания имели положительное значение. В противном случае могла возникнуть бы ситуация, когда сумма положительных и отрицательных разностей компенсировали друг друга. Для возведения в квадрат каждый результат вычислений умножают на себя в блоке 19. Полученные квадраты разностей складывают в сумматоре 14 и записывают в третье запоминающее устройство 15. В результате в блоке 15 формируют массив данных H(f), на основе которого получают пространственные параметры θ и β в системе координат AC. Эта операция осуществляется блоком 16 путем поиска минимальной суммы minH(f) в массиве данных H(f). Очередным импульсом синхронизации генератора 1 значения θ и β из блока 16 по соответствующим выходам поступает на первую и вторую группы информационных входов первого вычислителя 17. После этого содержимое первого 11 и третьего 15 запоминающих устройств обнуляют и начинают новый цикл измерения пространственных параметров θ и β.
i
j
j
В функции первого вычислителя входит предварительное определение удаления ИРИ от ЛПС d и координат ИРИ  в левосторонней системе декартовых координат антенной системы измерителя (1). Для реализации этих функций на первую группу информационных входов блока 17 поступает значение θ, на вторую группу информационных входов - β, а на третью группу информационных входов - значение высоты ЛПС  со второй группы информационных выходов радионавигатора 27.
ant
ant
ant
Результаты предварительного определения координат ИРИ  с группы информационных выходов блока 17 поступают на первую группу информационных входов второго вычислителя 18. В функции этого блока входит уточнение предварительных координат  на основе априорно известной ориентации антенной системы измерителя относительно борта ЛПС. Последняя поступает по второй входной установочной шине 25 на информационные входы четвертого запоминающего устройства 26, представляющего собой буферное запоминающее устройство. С информационных выходов блока 26 значения (k, l, ζ) поступают на вторую группу информационных входов второго вычислителя 18. Вектор уточненных координат  определяют путем последовательного умножения  на три соответствующие углам Эйлера матрицы поворота в соответствии с (2).
i
lpsi
lpsi
lpsi
lpsi
lpsi
lpsi
lps
lps
lps
i
lps
lps
lps
i,
j
lps
lps
lps
i
lps
lps
lps
i
Значение уточненных координат  с выходов блока 18 поступает на первую группу информационных входов третьего вычислителя 19. В функции этого блока входит определение истинных геоцентрических координат местоположения ИРИ  с учетом измеренных в момент времени t пространственных углов ЛПС: крена k, тангажа l и склонения ζ; широты B, долготы L и высоты H его местоположения. С этой целью на вторую группу информационных входов блока 19 с первой группы выходов радионавигатора 27 поступают данные о пространственном местоположении ЛПС (B, L, H). На третью группу информационных входов блока 19 с информационных выходов блока угловой ориентации ЛПС 28 подаются значения углов (k, l, ζ) характеризирующие ориентацию ЛПС в пространстве в момент измерения заявляемым устройством параметров ИРИ {θ, β}. Определение истинных геоцентрических координат  в блоке 19 выполняют в соответствии с выражением (3). Следует отметить, что информация о пространственном положении ЛПС (B, L, H) используется блоком 28 для нахождения угловой ориентации ЛПС (k, l, ζ). По этой причине она поступает с первой группы информационных выходов блока 27 на информационные входы блока 28.
В связи с тем, что использование геоцентрических координат на практике затруднено, четвертым вычислителем 20 осуществляют преобразование истинных геоцентрических координат ИРИ  в географические  в соответствии с выражением (4).
j
k
k
k
lps
lps
lps
i
i
lps
lps
lps
i
k
k
k
В функции блоков 21 и 22 входит преобразование измеренных координат j-го ИРИ (B,L,H) в значение азимута  и угла места , с помощью которых становится возможным наведение видеокамеры 24 на излучатель. Точное наведение видеокамеры 24 дополнительно предполагает знание ее ориентации в исходном состоянии относительно борта ЛПС: углов крена k, тангажа l и склонения ζ, координат (B, L, H) и пространственной ориентации ЛПС на i-й момент наведения t видеокамеры (k, l, ζ). Место размещения видеокамеры не зависит от местоположения пеленгаторной AC в силу значительного удаления ИРИ от ЛПС и, как правило, выбирается под фюзеляжем носителя. Параметры начальной установки видеокамеры 24 (k, l, ζ) измеряются на подготовительном этапе и вводятся по шестой входной установочной шине 32, а в процессе полета остаются неизменными. Координаты ЛПС и его пространственная ориентация в процессе полета постоянно обновляются с помощью блоков 27 и 28 соответственно.
j
lps
lps
lps
i
Преобразование измеренных координат j-го ИРИ в его пространственное направление выполняется в два этапа. На первом из них определяют направление на ИРИ  с ЛПС без учета углов ориентации его и видеокамеры. Данную функцию выполняет пятый вычислитель 21 в соответствии с выражениями (5-9). С этой целью на его первую группу информационных входов поступают координаты j-го ИРИ (B,L,H). На второй группе информационных входов присутствуют координаты ЛПС (B, L, H) в i-й момент времени. В результате на выходе блока 21 формируют предварительные значения азимута  и угла места  направления на объект путем перевода полученных результатов из декартовой системы координат в сферическую.
lps
lps
lps
i
k
k
k
С помощью шестого вычислителя 22 учитывают ориентацию видеокамеры относительно борта ЛПС, а также пространственную ориентацию собственно ЛПС в соответствии с выражениями 10 и 11. Для этого на первую группу информационных входов блока 22 подаются предварительные значения  и  направления на j-й ИРИ. На вторую группу информационных входов поступают значения (k, l, ζ) с группы информационных выходов блока 28. По шестой входной установочной шине 32 на третью группу информационных входов поступают значения (k, l, ζ) о начальной установке видеокамеры. В результате блок 22 определяет искомые углы направления на j-й ИРИ .
Кроме того, в функцию блока 22 входит операция по определению степени затемнения направления на j-й ИРИ корпусом ЛПС. В случае  результаты измерений  на выход блока 22 не поступают и перестройка видеокамеры 24 не осуществляется.
В случае выполнения неравенства  измеренные значения  направления на j-й ИРИ поступают на вход контроллера видеокамеры 23. В функции последнего входит преобразование входного управляющего сигнала  в механическое воздействие на видеокамеру 24 по ее соответствующей перестройке.
Синхронизацию работы блоков 2, 3, 6, 8-22, 26 и 28 осуществляют импульсы генератора 1.
В устройстве, реализующем предложенный способ, используют известные элементы и блоки, описанные в научно-технической литературе. Блоки с 1 по 20, а также 26-28 реализуют аналогично соответствующим блокам устройства-прототипа.
Варианты реализации антенных элементов и антенной системы 5 рассмотрены в литературе (см. Саидов А.С. и др. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. - М.: Радио и связь. 1997; Torrieri D. J. Principles of military communications system. Dedham. Massachusetts. Artech House, inc., 1981. - 298p.). Тип используемых АЭ определяется местом размещения антенной системы 5. Под фюзеляжем АС, как правило, используют ненаправленные АЭ. При размещении антенной решетки 5 в других местах используют направленные АЭ. В качестве последних могут быть использованы широкополосные трехдиапазонные рупорно-микрополосковые антенны (см. пат. РФ №2360338, см. пат. РФ №2345453). Антенные коммутаторы 6 широко известны (см. Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение. - М.: Радио и связь, 1989. - 240 с.; Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. - М.: Радио и связь, 1987. - 120 с.). Двухканальный приемник 7 может быть реализован с помощью двух профессиональных приемников типа IC-R8500 фирмы ICOM (см. Communication Receiver IC-R8500. Instruction Manual). При этом первый и второй гетеродины одного из приемников используют одновременно в качестве первого и второго гетеродинов соответственно второго приемника. Кроме того, в качестве приемника 7 могут попарно использоваться и другие приемники фирмы ICOM: IC-R7000, IC-PCR1000.
Двухканальный АЦП 8 и блок преобразования Фурье 9, а также блок вычисления ППИП 10, первое запоминающее устройство 11 могут быть реализованы с помощью стандартных плат: субмодуля цифрового приема ADMDDC2WB и ADP60PCI v.3.2 на процессоре Shark ADSP-21062 (см. руководство пользователя e-mail: insys@arc.ru www-сервер www.insys.ru).
Построение генератора синхроимпульсов 1 известно и широко освещено в литературе (см. Радиоприемные устройства: учебное пособие для радиотехн. Спец. ВУЗов. / Ю.Т.Давыдов и др. М.: Высшая школа, 1989. - 342 с.; Функциональные узлы адаптивных компенсатор помех: Часть II. В.В.Никитченко. - Л.: ВАС, 1990. - 176 с.).
С помощью блоков 12, 13 и 14 реализуют выражение (14) описания. Варианты выполнения сумматора 14, блока вычитания 12 приведены, например, в (Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.).
Второе 2 и третье 15 запоминающие устройства реализуют по известным схемам (см. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник / А.Ю.Горденов и др. - М.: Радио и связь, 1990. - 288 с.; Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение. - М.: Радио и связь, 1990. - 160 с.).
Умножитель 13 реализует операцию возведение в квадрат (выражение 14), а его выполнение освещено в (Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.)
l,h,эт
ν
Блок формирования эталонных ППИП предназначен для создания таблиц эталонных значений разностей фаз Δφ(f) для различных пар АЭ антенной системы 5 и различных поддиапазонов ν. На подготовительном этапе по входной установочной шине 4 задают следующие исходные данные:
min
max
min
max
сектор обработки по азимуту (θ, θ) и углу места (β, β);
точность нахождения углового параметров Δθ и Δβ;
удаление эталонного источника D;
n
n
n
n
n
топология размещения АЭ {r},где r=(X, Y, Z).
l,h,эт
ν
Задача блока 3 состоит в том, чтобы для данного подвижного пеленгатора, каждого частотного поддиапазона ΔF для заданной топологии антенной решетки 5 с дискретностью по азимуту Δθ и углу места Δβ рассчитать идеальные (эталонные) значения разностей фаз для Δφ(f) для всех пар антенных элементов с учетом того, что эталонный источник перемещается на удаление D от решетки. Блок 3 может быть реализован в виде автомата, микропроцессора (см. Шевкоплес Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.). В качестве последнего целесообразно использовать 16-разрядный микропроцессор К1810 ВМ86.
θ,β
ν
Реализация блока определения азимута и угла места 16 известна и широко освещена в литературе. Блок предназначен для поиска минимальной суммы H(f) и может быть реализован по пирамидальной схеме с использованием быстродействующих компараторов (см. Шевкоплес Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.).
Реализация четвертого запоминающего устройства 26 известна. Блок 26 представляет собой буферное запоминающее устройство и может быть реализован аналогично блоку 2.
lps
lps
lps
lps
i
Радионавигатор 27 предназначен для измерения путевого угла µ широты B, долготы L и высоты H нахождения ЛПС в момент времени t (момент измерения параметров угловой ориентации ЛПС и местоположения ИРИ). Данная функция может быть реализована с помощью навигатора GPS (см. Garmin. GPS навигаторы 12, 12XL, 12СХ. Руководство пользователя www.jj.connect.ru).
Первый 17, второй 18, третий 19 и четвертый 20 вычислители предназначены для предварительного определения координат ИРИ (блок 17) и последующего уточнения этого значения благодаря учету ориентации АС измерителя относительно борта ЛПС и собственно угловой ориентации ЛПС в пространстве. Каждый из вычислителей выполняет строго определенные в выражениях 1-4 операции, реализация которых сложностей не вызывает. Для повышения быстродействия названные блоки могут быть реализованы на программируемых постоянных запоминающих устройствах, например серии К541 и К500. Для уменьшения массогабаритных характеристик, потребляемого тока блоки 17, 18, 19 и 20 целесообразно реализовать на специализированном микропроцессоре TMS320c6416 (см. TMS320c6416: http://focus/ti/com/docs/prod/folders/print/TMS320c6416.html), алгоритм работы которого приведен на фиг.2. Одновременно на микропроцессоре TMS320c6416 могут быть реализованы блоки 12-16.
lps
lps
lps
Блок угловой ориентации ЛПС 28 предназначен для измерения пространственных параметров ЛПС: крена k, тангажа l и склонения ζ. Реализация блока 28 известна, может быть выполнена в соответствии с пат. РФ №2374659, МПК G01S 7/100, опубл. 27.11.2009 г., бюл. №33; или пат. РФ №2371733, МПК G01S 5/10, опубл. 27.10.2009 г., бюл. №30.
j
Вычислители 21 и 22 предназначены для преобразования измеренных координат (B, L, H) в значение азимута  и угла места  направления на j-й ИРИ.
eq
Вариант реализации блока 21 приведен на фиг.3, алгоритм его функционирования - на фиг.4. Вычислитель 21 содержит первый, второй и третий блоки вычитания 33, 34 и 36 соответственно, первый и второй блоки памяти 35 и 39 соответственно, первый, второй, третий, четвертый и пятый умножители 37, 40, 41, 42 и 43 соответственно, блок вычисления cos-функции 38, сумматор 44, блок извлечения квадратного корня 45, первый и второй блоки вычисления arctg-функции 46 и 47 соответственно. С помощью названных блоков реализуются выражения 5-9. Блоки 35 и 39 содержат значения констант π/180 и D/360 соответственно. Синхронность выполнения операций обеспечивается импульсами генератора 1. Реализация блоков 33 и 48 трудностей не вызывает. Могут быть реализованы на микросхемах ТТЛ-логики.
lps
lps
lps
k
k
k
1
2
3
lps
lps
lps
k
k
k
2
2
2
1
1
1
Реализация блока 22 приведена на фиг.5, а алгоритм его функционирования на фиг.6. Шестой вычислитель 22 содержит первый и второй блоки вычисления sin-функции 48 и 51 соответственно, первый и второй блоки вычисления cos-функции 49 и 50 соответственно, первый 52, второй 53, третий 57, четвертый 59, пятый 61, шестой 63, седьмой 65 и восьмой 67 умножители, первый и второй инверторы 54 и 73 соответственно, сумматор 55, первый 56, второй 58, третий 60, четвертый 62, пятый 64 и шестой 66 блоки формирования матриц поворота соответствующих параметром k, l, ζ, k, l, ζ, разветвитель 68, блок вычисления модуля 69, делитель 70, блок вычисления arctg-функции 71 и блок вычисления arcsin-функции 72. С помощью названных блоков реализуют выражения 10 и 11. Блоки с 56 по 66 выполняют на микросхемах перепрограммируемых постоянных запоминающих устройств. Причем блоки 56 и 62 соответствуют матрицам поворота A(φ), 58 и 64 - матрицам поворота А(φ), а блоки 60 и 66 - матрицам поворота A(φ) (см. выражения 12). В микросхемах памяти этих блоков на постоянной основе заносятся функционалы и константы в соответствии с (12). В качестве переменных величин φ выступают значения k, l, ζ, и k, l, ζ. Последние заносятся в блоки 56, 58 и 60 перед началом работы по шестой входной установочной шине 32 и остаются неизменными. В функции сумматора 55 входит объединение значений X, Y и Z (формирование вектора  выражение 10). Разветвитель 68 выполняет обратную функцию, на его выходах раздельно присутствуют значения X, Y и Z вектора  (выражение 11). В функции блока 69 входит нахождение модуля (нормы длины) вектора . Эта функция выполняется в соответствии с известным выражением
Реализация всех названных элементов шестого вычислителя 22 известна, могут быть выполнены на элементарной логике микросхем ТТЛ-серии. Для уменьшения массогабаритных характеристик потребляемого тока блоки 21 и 22 целесообразно реализовать на специализированном микропроцессоре TMS320c6416 (см. TMS320c6416: http://focus/ti/com/docs/prod/folders/print/TMS320c6416.html) совместно с блоками 17-20.
Кроме того, блоки с 17 по 22 могут быть реализованы на ПЭВМ. В качестве основных требований можно отметить следующее: процессор Pentium 300 МГц, 128 МБ оперативной памяти, 25 МБ свободного пространства на жестком диске. Программная составляющая: операционная система Windows ХР SP2 и выше, библиотека.NetFrameWork 3.5.
Блоки 23 и 24 могут быть реализованы в одном серийно выпускаемом изделии. В экспериментах использовалась роботизированная скоростная купольная камера "SpeedDome Ultra 8" (серия 35х). Видеокамера имеет монтажное основание, защищенный корпус, 35-кратное оптическое масштабирование, непрерывную автофокусировку, EIS (электронный стабилизатор изображения), высокую скорость поворота (до 360°С), управляется через протокол RS-422.