Способ первичного отождествления позиционных измерений и определения местоположения целей в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе в условиях многоцелевой обстановки
METHOD OF PRIMARY IDENTIFICATION OF POSITION MEASUREMENTS AND LOCATION OF TARGETS IN A GROUND-BASED SPATIALLY DISTRIBUTED RADIO NAVIGATION SYSTEM IN CONDITIONS OF MULTI-PURPOSE ENVIRONMENT

Предлагаемое изобретение относится к радиолокации, а именно к способу определения местоположения наземных целей наземной пространственно распределенной радионавигационной системой (РНС), содержащей передатчики опорных станций РНС, наземный приемник, в которой для подсвета целей используются сигналы передатчиков РНС.
Радионавигационная система «передатчики - цели - приемник» решает задачу, связанную с объединением в приемнике информации, поступающей от нескольких передатчиков при радиолокационном наблюдении нескольких целей. Эта задача состоит в отождествлении измеряемых параметров с соответствующими целями и определении местоположения этих целей.
В радиолокации весьма обширный и важный класс лоцируемых объектов составляют источники радиоизлучений, наблюдение за которыми осуществляется приемниками, принимающими излучаемые радиосигналы. Широкое применение на практике нашли многопозиционные системы, описанные в [1]. В этом источнике рассматриваются методы определения пространственного положения одной цели: эллиптический, гиперболический, триангуляционный, а такие их сочетания. Но отсутствуют сведения о позиционных измерениях и определении местоположения целей в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе в условиях многоцелевой обстановки и не решается задача отождествления измерений.
Известны также способы многопозиционной радиолокации [2, 3].
В [2] предложен способ многопозиционной радиолокации, заключающийся в излучении радиолокационных сигналов, синхронизированном приеме отраженных сигналов аппаратурой разнесенных позиций, объединении и совместной обработке принятых сигналов и информации разнесенных позиций, полученной от других радиолокационных средств. Аппаратурой разнесенных позиций, подключенной с помощью аппаратуры высокочастотного присоединения к линиям электропередачи (ЛЭП), осуществляют синхронизированные излучение и прием сигналов с использованием ЛЭП, затем при обработке полученной информации осуществляют корректировку информации, полученной в результате обработки сигналов, принятых с ЛЭП, посредством сопоставления ее с сигналами, отраженными от целей, полученными аппаратурой разнесенных позиций, и с информацией, полученной аппаратурой разнесенных позиций от других радиолокационных средств. Но в этом способе отсутствуют математические выражения, позволяющие определить местоположение целей и провести отождествление измерений в многоцелевой обстановке.
В [3] предложена многопозиционная система определения местоположения воздушных судов, содержащая наземный радиозапросчик и самолетный ответчик, соединенные линией запроса, не менее трех приемников ответных сигналов, соединенных с самолетным ответчиком по линиям ответа, ЭВМ с модулем расчета координат воздушного судна, выполненным с учетом измерения высоты полета и разности дальностей до воздушного судна относительно местоположения запросчика и др. В этой системе отождествление воздушных судов осуществляется по кодированному ответному сигналу, содержащему в общем виде информацию о бортовом номере, высоте, запасе топлива. Однако при отсутствии ответного сигнала отождествление измерений становится невозможным.
Задачей предлагаемого способа является отождествление позиционных измерений и определение местоположения нескольких наземных целей радионавигационной системой по измерениям сумм расстояний от наземных целей до передатчиков опорной станции РНС и наземного приемника, координаты которых известны. При этом в наземном приемнике неизвестна информация о принадлежности измеренных расстояний той или иной наземной цели.
Поставленная задача решается способом осуществляющим:
n
n
цm
цm
0
0
nm
- излучение навигационных сигналов передатчиками опорных станций распределенной радионавигационной системой (РНС) с известными координатами (x, y), (n=1, 2, …, N), которые рассеиваются наземными целями с искомыми координатами х, у (m=1, 2, …, М), наземным приемником с известными координатами (x, y), синхронизированного с передатчиками опорных станций РНС, по сигналам, рассеянным наземными целями, измеряет расстояния R «n-й передатчик - m-я цель - приемник»;
ц
ц
- задание для обзора пространства возможного расположения целей задаются координаты виртуальной наземной цели x(k), y(k), k=1, 2, …, K являющихся центрами областей регулярной структуры, вписанной в область ответственности РНС;
- формирование для каждого n-го передатчика (n=1, 2, …, N), регистрируемого в приемнике, формирование М уравнений, соответствующих М целям
n
где ε - погрешность измерения расстояний;
- выбор из этих уравнений, соответствующее цели с номером , для которой модуль разности  между виртуальным и измеренным расстоянием «n-й передатчик - m-я цель - приемник» будет минимальным;
- формирование суммы минимальных значений модулей разностей, соответствующих виртуальной цели ;
k
nm
k
- выбор координаты, после расчета модулей разностей Δ, в качестве координат каждой из М целей соответствующие М минимальным значениям этих модулей, при этом набор из М векторов, каждый из которых включает N измерений R, обеспечивающий минимум Δ (k=1, 2, …, K) являющимся результатом первичного отождествления позиционных измерений в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе.
На Фиг. 1 приведена функциональная схема наземной пространственно распределенной РНС «передатчики - цели - приемник».
1
2
N
n
n
0
0
Наземная пространственно распределенная РНС состоит из наземных передатчиков опорных станций 1, 1, …, 1, с известными координатами (x, y), (n=1, 2, …, N) и наземного радиоприемника 2 с известными координатами (x, y).
1
2
N
1
2
М
mц
mц
Наземные передатчики опорных станций 1, 1, …, 1 излучают навигационные сигналы, которые рассеиваются наземными целями 3, 3, …, 3 с искомыми координатами (x, y), (m=1, 2, …, М).
0
0
1
2
N
1
2
М
Наземный приемник 2 с известными координатами (х, у), синхронизированный с наземными передатчиками опорных станций 1, 1, …, 1, наряду с навигационными сигналами, распространяющимися вдоль прямого пути «n-й передатчик - приемник» принимает навигационные сигналы, рассеянные наземными целями 3, 3, …, 3, находящимися в зоне действия наземной пространственно распределенной РНС.
При приеме слабого рассеянного навигационного сигнала осуществляется компенсация мощного навигационного сигнала прямого распространения, играющего роль структурно-детерминированной помехи. Для этого при приеме смеси мощного прямого навигационного сигнала и слабого навигационного сигнала, рассеянного целью, осуществляется процедура обнаружения мощного прямого сигнала, формируется точная копия этого сигнала и вычитается из записанной входной смеси [4].
1
2
N
nm
1
2
М
1
2
М
Далее наземный приемник 2, синхронизированный с наземными передатчиками опорных станций 1, 1, …, 1, измеряет расстояния R «n-й передатчик - m-я цель - приемник». Однако в наземном приемнике 2, неизвестно какой из m-ой наземной цели 3, 3, …, 3 принадлежит расстояние «n-й передатчик - m-я цель - приемник». Из-за этого возникает большое число возможных вариантов координат наземных целей 3, 3, …, 3.
1
2
М
1
2
М
В ходе процесса первичного отождествления результатов измерений в наземной пространственно распределенной РНС необходимо измерения расстояний, проведенные по навигационным сигналам, рассеянным наземными целями 3, 3, …, 3 и принятым в наземном приемнике 2, поставить в соответствие нужной наземной цели 3, 3, …, 3 и грубо определить ее координаты.
1
2
М
ц
ц
1
2
М
Способ первичного отождествления позиционных измерений и определения местоположения целей в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе в условиях многоцелевой обстановки основан на виртуальном обзоре пространства возможного расположения наземных целей 3 3, …, 3 по координатам x и у с шагом, соответствующим разрешающей способности наземной пространственно распределенной РНС. При этом на каждом k-ом шаге сканирования задаются предполагаемые координаты х(k) и у(k) виртуальной цели 3, 3, …, 3.
ц
ц
ц
ц
nm
Для заданных координат х(k) и у(k) для каждого n-го передатчика составим систему уравнений, в которой координаты виртуальной цели х(k) и у(k) связываются с измеренными расстояниями R вдоль трассы распространения «n-й передатчик - m-я цель - приемник» с помощью М приближенных уравнений
n
где ε, n=1, 2, …, N - погрешность измерения расстояний.
Перепишем уравнения (1) в виде разностей между левой и правой частями, т.е в виде разностей между виртуальными и измеренными расстояниями «n-й передатчик - m-я цель - приемник». При этом для каждого n-го передатчика, регистрируемого в приемнике, получим М уравнений, соответствующих М целям
Из этих уравнений выбираем уравнение, соответствующее цели с номером , для которой модуль разности  между виртуальными и измеренными расстояниями «n-й передатчик - m-я цель - приемник» будет минимальным.
Формируем сумму минимальных значений модулей разностей, соответствующих виртуальным целям
ц
ц
цm
цm
m
k
Эта сумма будет иметь минимальное значение, когда координаты х(k) и у(k) виртуальной цели будут близки к координатам (х, у), истинной цели 3 и измеренные приемником 2 расстояния , обеспечивающие минимум Δ, будут принадлежать этой цели.
ц
ц
То есть критерием наличия М целей в точках их возможного расположения (х(k), у(k)), будет М минимальных значений сумм  из К возможных.
k
k
Таким образом, после расчета сумм модулей разностей Δ координатами М целей выбираются координаты, соответствующие М минимальным значениям этих сумм модулей, при этом набор из М векторов, каждый из которых включает N измерений , обеспечивающих минимум Δ, является результатом первичного отождествления позиционных измерений в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе.
Литература
1. Черняк B.C. Многопозиционная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1993, стр. 73-74, 392-396].
2. Патент 2332684 РФ, МПК G01S 10/00. Способ многопозиционной радиолокации и устройство для его осуществления / А.Л. Куликов (РФ); Куликов Александр Леонидович (РФ). - №2007102750; Заявлено 24.01.2007; Опубл. 27.08.2008. Бюл. 24. 5 с.: 1 ил.
3. Патент 2584689 РФ, МПК G01S 13/74. Многопозиционная система определения воздушных судов / Г.Н. Майков (РФ), А.В. Демидюк (РФ), Е.В. Демидюк (РФ); Майков Геннадий Николаевич (РФ), Демидюк Андрей Викторович (РФ), Демидюк Евгений Викторович (РФ). - №2014145250; Заявлено 11.11.2014; Опубл. 20.05.2016. Бюл. 14. 11 с.: 3 ил.
4. Патент 2591052. МПК G01S 5/06, G01S 13/95. Способ обнаружения и оценки радионавигационных параметров сигнала космической системы навигации, рассеянного воздушной целью, и устройство его реализации / В.В. Кирюшкин (РФ), Д.А. Черепанов (РФ), А.А. Дисенов (РФ), В.В. Неровный (РФ), А.В. Коровин (РФ), B.C. Ткаченко (РФ); Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации, Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военный учебно-научный центр Военновоздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации. - №2014101847; Заявлено 21.01.2014; Опубл. 27.07.2015 Бюл. №21. 9 с.: 1 ил.