СПОСОБ ОДНОПОЗИЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ
A METHOD FOR SINGLE-POSITION DETERMINATION OF SPATIAL COORDINATES OF RADIO SOURCE

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к пассивным системам радиоконтроля, и может быть использовано в системах местоопределения радиоизлучающих средств.
Известен способ определения координат источника радиоизлучения (ИРИ) (см., например, [1]), основанный на доставке в предполагаемый район местонахождения ИРИ беспилотного летательного аппарата (БЛА), с установленными на его борту радиоэлектронными средствами поиска, обнаружения и определения параметров сигналов ИРИ, радионавигационного определения координат, обработки и приемопередачи данных, осуществлении полета БЛА по круговой траектории относительно поверхности земли, определении на борту БЛА координат его местоположения, измерении по значениям которых на борту БЛА пространственных параметров траектории его полета, осуществлении на борту БЛА частотного поиска сигналов ИРИ, измерении при обнаружении на борту БЛА сигнала ИРИ его частоты, фиксировании на борту БЛА при максимальных и минимальных значениях частоты сигнала ИРИ координат его местоположения, определении на борту БЛА координат местоположения ИРИ, как координат точки пересечение касательных к траектории полета БЛА, проведенных из точек с координатами местоположения БЛА в моменты времени достижения частоты сигнала ИРИ максимального и минимального значений.
Недостатком указанного способа является использование доставляемого движущегося носителя по круговой траектории с элементами радиомониторинга. При этом реализация этого способа эквивалентна двухпозиционной системе местоопределения ИРИ, что приводит к ее усложнению.
Известен способ определения пространственных координат ИРИ (прототип) (см., например, [2]), основанный на размещении в зоне приема сигналов ИРИ N≥2 пространственно разнесенных пунктов приема и обработки сигналов (ППОС) и информационно связанного с ними пункта определения пространственных параметров источника радиоизлучения (ПОПП) ИРИ, осуществлении координатной привязки приемных каналов каждого ППОС, передаче значений координат привязки приемных каналов на ПОПП ИРИ, определении фаз прихода сигнала ИРИ приемными каналами каждого ППОС и передаче их значений на ПОПП ИРИ, вычислении на ПОПП ИРИ координат местоположения ИРИ относительно координат ППОС, приеме в каждом ППОС сигнала ИРИ тремя приемными каналами, размещенными произвольно относительно друг друга в одной плоскости, постройке на ПОПП ИРИ с использованием измеренных значений фаз фазовых плоскостей принимаемого поля каждым ППОС и определении координат ИРИ по координатам середины минимального отрезка, соединяющего нормали к этим фазовым плоскостям.
Недостатком указанного способа является использование минимум двух приемных пеленгационных пунктов, включающих минимум по три фазовых измерительных канала излучений ИРИ. Это приводит к усложнению технической реализации способа.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является сокращение пеленгационных пунктов для место-определения ИРИ.
Технический результат достигается тем, что в известном способе однопо-зиционного определения пространственных координат ИРИ, основанном на размещении в зоне приема излучений ИРИ пункта определения ППОС, включающего 1, 2 и 3 приемные каналы, осуществлении координатной привязки приемных каналов, измерении значений фаз принимаемого излучения ИРИ каждым приемным каналом, передачи значений измеренных значений фаз каждым приемным каналом принимаемого излучения ИРИ и своих координат местоположения на ППОС, определяют координаты центра окружности, вписанной в треугольник, образованный точками местоположения 1, 2, и 3 приемных каналов, и передают их значения на ППОС, устанавливают в вычисленные координаты четвертый приемный канал, измеряют фазу принимаемого излучения ИРИ четвертым приемным каналом и передают ее значение на ППОС, по значениям измеренных фаз 1, 2, 3 и 4 приемными каналами принимаемого излучения ИРИ, их координат местоположения и при априорно заданном условии наличия сферической формы волнового фронта излучения ИРИ на ППОС вычисляют координаты местоположения ИРИ.
Сущность изобретения заключается в следующем. Для определения координат местоположения ИРИ используют однопозиционную систему, состоящую из четырех разнесенных в пространстве приемных каналов (точки), в каждом из которых производится оценка фазы принимаемой волны ИРИ. Один из каналов размещен в центре окружности, вписанной в треугольник образованный тремя оставшимися приемными каналами. При этом считается, что фронт принимаемого поля имеет кривизну близкую к сферической. По значениям координат точек приема (каналов), значений оценки фаз прихода волны и априорного заданного условия наличия кривизны волнового фронта поля определяют координаты местоположения ИРИ.
ИРИ
ИРИ
ИРИ
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
ИРИ
ИРИ
ИРИ
На фигуре 1 представлена схема, поясняющая существо способа, где введены обозначения: 1 - ИРИ с координатами местоположения (х, у, z); 2-3 приемных канала с координатами местоположения (x,y,z), (x,y,z), [х,у,z), 3 - четвертый приемный канал с координатами местоположения (x,y,z); 4 - волновой фронт излучения ИРИ с радиусом кривизны R. С целью определения пространственных координат в районе энергетической доступности ИРИ 1 устанавливают пункт определения пространственных параметров и обработки сигналов, включающий четыре N=4 приемных канала 2, 3. При этом координаты установки трех приемных каналов 2 (x,y,z), (x,y,z), (x,y,z) используют для определения координат установки четвертого приемного канала 3 (x,y,z), как координат центра окружности вписанной в треугольник, образованный точками местоположения приемных каналов 2. По значениям измеренных значений фаз приемными каналами 2, 3 принимаемого излучения ИРИ 1, их координат местоположения (x,y,z), (x,y,z), (x,y,z), (x,y,z), а также при априорно заданном условии наличия сферической формы волнового фронта 4 излучения ИРИ 1 на пункте приема и обработки сигналов вычисляют координаты местоположения ИРИ 1 (x, y, z).
В основе способа однопозиционного определения координат ИРИ 1 положено условие обязательной сферической кривизны волнового фронта 4. Это условие достаточно часто присутствует в реальных радиосетях при передаче сигналов средствами радиосвязи. Принимая условие наличие сферической кривизны волнового фронта 4 координаты ИРИ 1 можно вычислить, решив, например, последовательно системы уравнений.
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
1
1
1
Соответственно координаты волнового фронта 4 относительно координат (x,y,z), (x,y,z), (x,y,z), (x,y,z) приемных каналов 2 и 3 можно представить (канал 2 с координатами (x,y,z) будем считать опорным):
A
A
A
B
B
B
C
C
C
D
D
D
1
1
1
2
2
2
1
1
1
3
3
3
1
1
1
4
4
4
для плоского волнового фронта 4 в виде A(x,y,z), B(x,y,z), C(x,y,z), D(x,y,z) - координат точек фазовой плоскости электромагнитной волны ИРИ 1, полученные на основе измерения величин относительного набега фаз в точках с координатами (x,y,z) → (x,y,z), (x,y,z) → (x,y,z) и (x,y,z) → (x,y,z);
D
D
D
D'
D'
D'
для сферического волнового фронта 4 аналогично, заменив только последние координаты точки D(x,y,z) на координаты D'(x,y,z).
1
1
1
2
2
2
3
3
3
Определяем координаты волнового фронта 4 в предположении его плоского характера, опираясь на измерения, произведенные в точках трех приемных каналов 2 (x,y,z), (x,y,z), (x,y,z):
12
13
1
1
1
2
2
2
1
1
1
3
3
3
где Δϕ, Δϕ - разности фаз волн между приемными каналами 2 с координатами (x,у,z) → (x,y,z), (x,у,z) → (x,y,z); λ - длина воны ИРИ 1.
4
4
4
Рассчитываем расстояние от точки 3 (x,y,z) до плоскости волнового фронта 4:
14
1
1
1
4
4
4
Определяем разность  величина которой и будет характеризовать кривизну волнового фронта волны 4, где Δϕ - величина разности фаз между приемными каналами 3 и 2 с координатами (x,y,z) → (x,y,z).
Рассчитываем координаты:
Определяем координаты точки D', решая систему уравнений:
ИРИ
ИРИ
ИРИ
Используя координаты четырех точек сферического волнового фронта 4 - A,B,C,D' формируем систему уравнений, каждое из которых представляет собой уравнение сферы в неявном виде с центром в точке с координатами (х,у,z) и радиусом R:
Решение системы уравнений (5) позволяет определить координаты ИРИ 1.
На фигуре 2 представлена блок - схема устройства, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ. Блок - схема устройства содержит блок приема и обработки данных 6 и информационно связанные с ним приемные каналы 2, 3 (согласно фигуре 1), включающие также навигационные приемники 6.
Устройство работает следующим образом. По координатным данным навигационных приемников 6 устанавливают приемные каналы 2, 3 в требуемые положения и передают их значения в блок приема и обработки данных 5. Приемные каналы 2, 3 принимают излучение ИРИ, измеряют параметры сигналов и передают их значения в блок приема и обработки данных 5. Блок приема и обработки данных 5 вычисляет координаты ИРИ.
Таким образом, у заявляемого способа появляются свойства, заключающиеся в возможности сокращения пеленгационных пунктов для местоопреде-ления ИРИ.
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ однопозиционного определения пространственных координат ИРИ, основанный на размещении в зоне приема излучений ИРИ пункта определения ППОС, включающего 1, 2 и 3 приемные каналы, осуществлении координатной привязки приемных каналов, измерении значений фаз принимаемого излучения ИРИ каждым приемным каналом, передачи значений измеренных значений фаз каждым приемным каналом принимаемого излучения ИРИ и своих координат местоположения на ППОС, определении координат центра окружности, вписанной в треугольник, образованный точками местоположения 1, 2, и 3 приемных каналов, и передаче их значений на ППОС, установке в вычисленные координаты четвертого приемного канала, измерении фазы принимаемого излучения ИРИ четвертым приемным каналом и передаче ее значения на ППОС, по значениям измеренных фаз 1, 2, 3 и 4 приемными каналами принимаемого излучения ИРИ, их координат местоположения и при априорно заданном условии наличия сферической формы волнового фронта излучения ИРИ на ППОС вычислении координат местоположения ИРИ.
Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые радиотехнические узлы и устройства.
1 Пат. 2693936 RU, МПК G01S 5/12. Способ определения координат источника радиоизлучения / Козирацкий Ю.Л., Козирацкий А.А., Паринов М.Л., Кулешов П.Е.; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». - №2018106433; заявл. 20.02.2018; опубл. 08.07.2019, Бюл. №19. - 10 с.
2 Пат. 2601871 RU, МПК G01S 5/12. Способ определения пространственных координат источника радиоизлучения / Козирацкий Ю.Л., Козирацкий А.Ю., Паринов М.Л., Кулешов П.Е. и др.; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». - №2014154357; заявл. 30.12.2014; опубл. 10.11.2016, Бюл. №31. - 8 с.