СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЙ
METHOD AND DEVICE TO LOCATE RADIO RADIATION SOURCES

Заявляемые изобретения объединены одним изобретательским замыслом, относятся к радиотехнике и могут быть использованы в системах радиоконтроля на ограниченных площадях для определения местоположения априорно неизвестных источников радиоизлучения (ИРИ) и визуального уточнения результатов измерений.
Известен способ отождествления пеленгов источников радиоизлучения в угломерных двухпозиционных пассивных радиолокационных системах (см. пат. РФ №2253126, МПК G01S 3/72, опубл. 27.05.2005 г.). Он заключается в том, что на основе измеренных в каждой из двух приемных позиций значений пространственных параметров сигналов ИРИ: азимута θ и угла места β, а также собственных координат приемных позиций находят высоту ИРИ по отношению к каждой из приемных позиций. Затем находят разность этих высот. На основе дисперсий ошибок определения угла места β на ИРИ в каждой из приемных позиций определяют значение порога отождествления. По результатам сравнения упомянутой разности высот с порогом отождествления принимают решение о принадлежности пеленгов, измеренных разными приемными позициями, одному ИРИ.
Способ-аналог позволяет с заданной точностью отождествлять пеленги θ на ИРИ, полученные от двух и более пространственно разнесенных измерителей, используя для этой цели значения β. Однако способу присущ ряд недостатков. Аналог теряет свою работоспособность при выполнении измерений на равнинной местности (параметр β на ИРИ, размещенные на поверхности земли, становится неинформативным, β=const; β=0°). Способу присуще аппаратная избыточность. Для определения местоположения ИРИ на пересеченной местности требуется два и более измерителей. Кроме того, при отсутствии априорной информации о ИРИ затруднена его привязка к обслуживаемому им объекту.
i
i
i
i
0
0
0
0
0
0
i
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ определения местоположения ИРИ (см. Baron A. R. et al. - Microwave J., 1982, v.25, №9). Он включает прием сигналов ИРИ в заданной полосе частот ΔF размещенным ортогонально к плоскости зоны контроля пеленгатором, измерение пространственно-информационных параметров обнаруженных сигналов: азимута θ и угла места β в системе координат антенной системы в момент времени t, определение удаления ИРИ от пеленгатора d и координат ИРИ {X,Y,Z} в системе декартовых координат на основе априорно известного местоположения пеленгатора {B,H,L}, где В, L и Н - соответственно широта, долгота и высота пеленгатора, преобразование декартовых координат ИРИ в географические координаты {B,H,L}.
Способ-прототип позволяет определять местоположение ИРИ из одной точки и одновременно отличается простотой реализации.
Недостатком прототипа является относительно низкая точность местоопределения. Этот недостаток обусловлен тем, что точность измерений в способе-прототипе в угломестной плоскости β существенно зависит от удаления пеленгатора, находящегося ортогонально к плоскости зоны контроля (см. фиг.1а, б). Для первого случая (см. фиг.1а) точность измерения β зависит от высоты Н размещения пеленгатора. Во втором случае (см. фиг.1б) точность измерения β определяется параметрами зоны контроля в вертикальной плоскости (например, высотой контролируемого здания).
Известен цифровой пеленгатор по Пат. РФ №2115135, МПК 6 G01S 3/14, опубл. 7.10.1998 г., содержащий антенную систему, трехканальное приемное устройство, блок дискретного преобразования Фурье, аналого-цифровой преобразователь, три буферных накопителя, блок весовой обработки, блок вычисления пеленгов, блок опорных частот, блок управления, блок формирования ковариационной матрицы, блок матричной обработки и формирования весовых коэффициентов.
В пеленгаторе повышение точности измерений достигается за счет выделения максимума составляющей спектра сигнала. Положительный эффект стал возможным в результате использования временного усреднения ковариационных матриц и применением метода Писаренко.
Недостатком аналога является низкая точность измерений в сложной сигнально-помеховой обстановке.
Известен многоканальный пеленгатор по Пат. РФ №2096793, G01S 3/14, опубл. 1997. Аналог содержит антенную решетку, коммутатор, двухканальные: приемник, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье, запоминающее устройство, вычислитель сверток, а также вычислитель пеленга и генератор синхроимпульсов.
К недостаткам данного аналога можно отнести нузкую точность измерений при сканировании в широком диапазоне частот и отсутствие возможности измерения наклона фронта волны (угла места β).
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому устройству определения местоположения ИРИ является устройство по пат. РФ №2263327 "Способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор для его осуществления", G01S 3/14, опубл. 27.10.2005 г., бюл. №30.
Устройство-прототип содержит антенную решетку, выполненную из N>3 идентичных ненаправленных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования, антенный коммутатор, N входов которого подключены к соответствующим N выходам антенной решетки, сигнальный и опорный выходы 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 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 информационными выходами второго запоминающего устройства, информационные входы которого соединены с информационными выходами блока формирования эталонных значений ППИП, группа информационных входов которого является входной установочной шиной пеленгатора, последовательно соединенные умножитель, сумматор, третье запоминающее устройство, блок определения азимута и угла места, причем первая и вторая группа информационных входов умножителя поразрядно объединены 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 и блока вычисления ППИП, а первая и вторая группы информационных выходов блока определения азимута и угла места являются первой и второй выходными шинами устройства.
Устройство-прототип также обладает относительно невысокой точностью измерения местоположения ИРИ в сложной сигнально-помеховой обстановке и условиях пересеченной местности (в условиях городской застройки).
Целью заявляемых технических решений является разработка способа и устройства, обеспечивающих повышение точности определения местоположения источников радиоизлучения за счет визуального уточнения места расположения ИРИ.
i
i
i
П
П
k
k
П
П
П
П
П
П
П
c
c
c
П
c
П
c
П
с
ПО
ПО
ПО
ПО
i
i
i
T
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем прием сигналов ИРИ в заданной полосе частот ΔF пеленгатором, размещенным ортогонально к плоскости зоны контроля, измерение пространственно-информационных параметров обнаруженных сигналов: азимута θ и угла места β в системе координат антенной системы в момент времени t, на подготовительном этапе однонаправленно ориентируют антенную систему пеленгатора {θ,β} и видеокамеру {θ,β} в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно. Далее преобразуют исходные угловые параметры антенной системы пеленгатора {θ,β} с целью приведения их в соответствие исходным угловым параметрам видеокамеры. Для этого угловые параметры ориентации антенной системы пеленгатора θ и β преобразуют в декартову систему координат {X,Y,Z}. Вектором {X,Y,Z} в декартовых координатах учитывают смещение центров координат антенной системы пеленгатора и видеокамеры при этом видеокамеру размещают над антенной решеткой антенной системы или в ее центре. Вектором углов поворота учитывают взаимные углы соответствующих осей координат. После этого определяют уточненный вектор углов поворота путем последовательного умножения вектора [Х-X,Y-Y,Z-Z] на соответствующие углам Эйлера матрицы поворота. Определяют скорректированную исходную ориентацию антенной системы пеленгатора через значения ее азимута θ и угол места β путем перевода уточненного вектора углов поворота {R',P',Т'} в сферическую систему координат. С учетом значений θ и β по измеренным угловым параметрам θ и β уточняют значения ,  и в соответствии с ними перестраивают видеокамеру. Отожествляют параметры местоположения ИРИ с изображением ИРИ объекта, считанными с видеокамеры. Запоминают время измерений t, пространственные и частотные параметры сигналов ИРИ совместно с изображением объекта. Заносят результаты измерений в базу данных.
Благодаря новой совокупности признаков в заявляемом способе обеспечивается повышение точности определения местоположения ИРИ, обнаруженных в контролируемой зоне, за счет получения их изображений, что и обеспечивает положительный эффект.
П
П
В заявляемом устройстве определения местоположения ИРИ поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, состоящее из антенной решетки, выполненной из N>3 идентичных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования, антенного коммутатора, N входов которого подключены к соответствующим N выходам антенной решетки, а сигнальный и опорный выходы 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, первого 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 первого 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 первого умножителя, первого сумматора, третьего запоминающего устройства, блока определения азимута и угла места, причем первая и вторая группы информационных входов первого умножителя объединены поразрядно и соединены с группой информационных выходов первого блока вычитания, генератора синхроимпульсов, выход которого соединен с управляющими входами антенного коммутатора, первого, второго и третьего запоминающих устройств, входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, первого блока вычитания, первого умножителя, первого сумматора, блока определения азимута и угла места, блока формирования эталонных значений ППИП и блока вычисления ППИП, согласно изобретению дополнительно введены блок коррекции, предназначенный для преобразования угловых параметров антенной системы устройства определения местоположения ИРИ {θ,β}, второй и третий сумматоры, блок управления видеокамерой, видеокамера, размещенная над антенной решеткой или в ее центре, блок управления и индикации, предназначенный для отображения обнаруженного ИРИ и формирование сигнала управления на его запись, и четвертое запоминающее устройство, причем первая и вторая группы информационных выходов блока определения азимута и угла места соединены соответственно с первыми и вторыми группами информационных входов четвертого запоминающего устройства и блока коррекции. Третья и четвертая группы информационных входов блока коррекции являются соответственно второй и третьей входными установочными шинами устройства определения местоположения ИРИ. Вход синхронизации блока коррекции соединен с выходом генератора синхроимпульсов, а первая группа информационных выходов соединена со второй группой информационных входов второго сумматора. Первая группа информационных входов второго сумматора объединена с первой группой информационных входов блока коррекции, а группа информационных выходов второго сумматора соединена с первой группой информационных входов блока управления видеокамерой. Вторая группа информационных входов блока управления камерой соединена с группой информационных выходов третьего сумматора, первая группа информационных входов которого объединена со второй группой информационных входов блока коррекции. Вторая группа информационных выходов блока коррекции соединена со второй группой информационных входов третьего сумматора. Вход синхронизации третьего сумматора объединен со входами синхронизации второго сумматора и блока коррекции. Группа информационных выходов блока управления камерой соединена с группой входов управления видеокамеры, видеовыход которой соединен с третьей группой информационных входов четвертого запоминающего устройства и группой информационных входов блока управления и индикации. Группа информационных выходов блока управления и индикации соединена с группой адресных входов четвертого запоминающего устройства, пятая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов двухканального приемника, по которым поступает значение его частоты. Следует отметить, что в антенной решетке устройства определения местоположения ИРИ используют направленные антенные элементы.
При этом блок коррекции выполнен содержащим первый и второй блоки вычисления cos-функции, первый и второй блоки вычисления sin-функции, второй, третий, четвертый и пятый умножители, второй, третий и четвертый блоки вычитания, пятое и шестое запоминающие устройства, вычислитель, предназначенный для определения уточненного вектора углов поворота, первый и второй делители, четвертый сумматор, блок вычисления квадратного корня, первый и второй блоки вычисления arctg-функции, причем группы информационных входов второго блока вычисления cos-функции и второго блока вычисления sin-функции поразрядно объединены и являются второй группой информационных входов блока коррекции. Группа информационных выходов второго блока вычисления cos-функции объединена с первой группой информационных входов третьего умножителя и второй группой информационных входов второго умножителя. Первая группа информационных входов второго умножителя соединена с группой информационных выходов первого блока вычисления cos-функции, группа информационных входов которого поразрядно объединена с группой информационных входов первого блока вычисления sin-функции и одновременно является первой группой информационных входов блока коррекции. Группа информационных выходов второго умножителя соединена с группой входов уменьшаемого второго блока вычитания, группа входов вычитаемого которого соединена с первой группой информационных выходов пятого запоминающего устройства. Группа информационных входов пятого запоминающего устройства является третьей группой информационных входов блока коррекции и второй входной установочной шиной устройства определения местоположения ИРИ. Вторая группа информационных выходов пятого запоминающего устройства соединена с группой входов вычитаемого третьего блока вычитания, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов третьего умножителя. Вторая группа информационных входов третьего умножителя соединена с группой информационных выходов первого блока вычисления sin-функции. Третья группа информационных выходов пятого запоминающего устройства соединена с группой вычитаемого четвертого блока вычитания, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов второго блока вычисления sin-функции. Группа информационных выходов четвертого блока вычитания соединена с третьей группой информационных входов вычислителя. Вторая группа информационных входов вычислителя соединена с группой информационных выходов третьего блока вычитания. Первая группа информационных входов вычислителя соединена с группой информационных выходов второго блока вычитания, а четвертая группа информационных входов вычислителя соединена с группой информационных выходов шестого запоминающего устройства. При этом группа информационных входов шестого запоминающего устройства является четвертой группой информационных входов блока коррекции и третьей входной установочной шиной устройства определения местоположения ИРИ. Первая группа информационных выходов вычислителя поразрядно соединена с первой и второй группами информационных входов четвертого умножителя и второй группой информационных входов первого делителя. Группа информационных выходов первого делителя соединена с группой информационных входов второго блока вычисления arctg-функции. Группа информационных выходов второго блока вычисления arctg-функции является второй группой информационных выходов блока коррекции. При этом первая группа информационных входов первого делителя поразрядно соединена со второй группой информационных выходов вычислителя и первой и второй группами информационных входов пятого умножителя. Группа информационных выходов пятого умножителя соединена со второй группой информационных входов четвертого сумматора. Первая группа информационных входов четвертого сумматора соединена с группой информационных выходов четвертого умножителя, а группа информационных выходов соединена с группой информационных входов блока вычисления квадратного корня. При этом группа информационных выходов блока вычисления квадратного корня соединена со второй группой информационных входов второго делителя. Первая группа информационных входов второго делителя соединена с третьей группой информационных выходов вычислителя, а группа информационных выходов соединена с группой информационных входов первого блока вычисления arctg-функции. Группа информационных выходов первого блока вычисления arctg-функции является первой группой информационных выходов блока коррекции. Вход синхронизации блока коррекции соединен со входами синхронизации второго, третьего, четвертого и пятого умножителей, второго, третьего и четвертого блоков вычитания, вычислителя, первого и второго делителей, четвертого сумматора, блока вычисления квадратного корня, первого и второго блоков вычисления arctg-функции и входами управления пятого и шестого запоминающих устройств.
Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что вводятся новые элементы и связи позволяет достичь цели изобретения: обеспечить повышение точности определения местоположения ИРИ, размещенных в зоне контроля.
Заявляемые объекты поясняются чертежами, на которых показаны: на фиг.1 - варианты размещения антенной системы устройства определения местоположения ИРИ:
а) над зоной контроля;
б) на земле;
на фиг.2 - варианты возможного совместного размещения антенной решетки и видеокамеры:
а) видеокамера над антенной решеткой;
б) видеокамера в центре антенной решетки;
на фиг.3 - обобщенный алгоритм определения местоположения ИРИ;
на фиг.4 - структурная схема устройства определения местоположения ИРИ;
на фиг.5 - структурная схема блока коррекции;
на фиг.6 - алгоритм вычисления эталонных значений первичных пространственно-информационных параметров;
на фиг.7 - алгоритм определения скорректированной исходной ориентации антенной системы пеленгатора.
i
i
Существующие способы и системы местоопределения предназначены для определения координат ИРИ. Однако точностные характеристики известных способов существенно зависят от соотношения сигнал/шум, геометрии размещения измерителей, полноты использования параметров электромагнитного поля, количества этапов обработки пространственно-информационных параметров 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 используют видеоизображение ИРИ, полученное в результате наведения на него видеокамеры. Наведение последней осуществляют с использованием пространственных параметров сигналов ИРИ {θ,β}. В результате становится возможным уточнение результатов местоопределения путем анализа видеоизображения выделенного камерой локального участка контролируемой зоны (визуально точно определяется местоположение обнаруженного ИРИ). Применимость предлагаемых способа и устройства ограничиваются локальной зоной (в пределах прямой видимости).
Совместному использованию пеленгатора и видеокамеры присуща проблема, связанная с необходимостью их однонаправленной ориентации. На фиг.2а приведен наиболее общий случай размещения видеокамеры вне плоскости антенной решетки. Несовпадение центров антенной решетки и видеокамеры, а также погрешности в их взаимной ориентации приводят к ошибкам настройки камеры и как следствие к ошибкам визуального показа местоположения ИРИ и обслуживаемого им объекта. Эти ошибки существенно возрастают в ближней зоне. Названные проблемы еще более усугубляются при раздельном размещении (пространственно разнесенном) антенной системы пеленгатора и видеокамеры. Практические испытания показали, что названная проблема решается в рамках заявляемых способа и устройства.
П
П
k
k
Сущность заявляемого способа определения местоположения ИРИ состоит в следующем. На подготовительном этапе однонаправлено ориентируют антенную решетку пеленгатора и видеокамеру. С этой целью в заданной полосе частот ΔF осуществляют калибровку изделия с помощью тестирующего генератора, который целесообразно разместить в центре зоны контроля. Для этого плоскость антенной решетки выставляют таким образом, чтобы угол θ составлял 0°. Далее измеряют угол места β для пеленгаторной антенны и запоминают его. После этого ориентируют видеокамеру на данной ИРИ. Значения θ и β запоминают, а положение камеры относительно плоскости антенной решетки фиксируют.
П
П
П
П
П
П
П
В связи с тем, что центры системы координат камеры и антенной решетки не совпадают (общий случай, фиг.2а), следовательно и ориентация осей их пространственных координат также не совпадает. Поэтому необходимо преобразование исходных угловых параметров антенной системы пеленгатора {θ,β} с целью приведения их в соответствие исходным угловым параметрам видеокамеры. Данную операцию удобно выполнять в декартовых координатах. С этой целью преобразуют угловые параметры ориентации антенной решетки пеленгатора {θ,β} в декартовы координаты {X,Y,Z} следующим образом:
,
с
C
C
c
c
c
П
П
П
П
П
П
K
K
K
П
К
П
K
П
K
с
с
с
С помощью вектора [X,Y,Z] в декартовых координатах учитывают смещение центра антенной решетки пеленгатора относительно центра видеокамеры. В случае размещения видеокамеры в центре антенной системы (см. фиг.2б) вектор смещения [X,Y,Z] совпадает с вектором угловой ориентации антенной решетки пеленгатора {X,Y,Z}. Порядок вычисления взаимных углов осей координат антенной решетки пеленгатора {X,Y,Z} и видеокамеры {X,Y,Z} известен и задается вектором углов поворота {R,P,T}. Здесь R - угол между координатными осями ОХ и ОХ антенной решетки пеленгатора и видеокамеры, Р - угол между координатными осями OY и OY, Т - угол между осями OZ и OZ (см. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. - М.: Наука, 1981, стр.234-237, рис.2.78). Наличие априорной информации о высоте Н размещения антенной решетки пеленгатора и удалении тестирующего генератора, а также значение вектора {X,Y,Z} позволяет рассчитать элементы вектора {R,P,T}.
П
c
П
c
П
с
T
На следующем этапе определяют уточненный вектор углов поворота {R',P',T'} путем последовательного умножения вектора [Х-X,Y-Y,Z-Z,} на соответствующие углам Эйлера матрицы поворота:
ПО
ПО
На завершающем этапе определяют скорректированную исходную ориентацию антенной системы пеленгатора через значения ее азимута θ и угол места β путем перевода уточненного вектора углов поворота {R',P',T'} в сферическую систему координат
.
min
max
min
max
Подготовительный этап завершается заданием рабочего сектора для пеленгатора: θ, θ, β, β (см. фиг.1а, б).
В процессе работы взаимная ориентация антенной решетки и камеры сохраняется неизменной. При этом ориентация собственно антенной решетки в пространстве (относительно направления на север) значения не имеет. В начальный период работы целесообразно, чтобы она своей плоскостью была сориентирована в направлении центра зоны контроля. В процессе работы направление ориентации антенной решетки может уточняться в соответствии с решаемыми задачами. Это справедливо для случая, когда антенная решетка и видеокамера жестко взаимно закреплены. В противном случае для каждого поворота антенной системы необходимо выполнение операции калибровки.
i
i
При обнаружении сигналов ИРИ измеряют их пространственные параметры θ и β. При попадании их в заданный сектор, полученные значения параметров уточняются . По уточненным значениям  и  перестраивают видеокамеру.
i
На завершающем этапе уточняют местоположение ИРИ на местности по результатам его изображения, считанным с видеокамеры. Запоминают время измерений t, пространственные и частотные параметры сигналов ИРИ совместно с изображением объекта.
П
c
П
c
П
с
П
К
П
К
T
При значительном удалении (сотни длин волн) зоны контроля от пеленгатора или удалении собственно ИРИ в зоне контроля абсолютное значение вектора {Х-X,Y-Y,Z-Z,} в выражении (2) стремится к нулю, а следовательно , . В этом случае после выполнения операции коррекции можно считать, что θ=θ, β=β, что значительно упрощает рассмотренный алгоритм.
На фиг.3 приведен обобщенный алгоритм определения местоположения ИРИ в соответствии с заявляемым способом.
Таким образом, в предлагаемом способе определения местоположения ИРИ для повышения точности измерений используют его видеоизображение, а для повышении точности наведения видеокамеры учитывают отличия в пространственной ориентации антенной решетки пеленгатора и видеокамеры.
Устройство определения местоположения ИРИ содержит антенную решетку 5, выполненную из N>3 идентичных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования, антенного коммутатора 6, N входов которого подключены к соответствующим ТУ 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-цифрового преобразователя 8, выполненного 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 ПИПП 3, первый блока 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 первого 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 первый умножитель 13, первый сумматор 14, третье запоминающее устройство 15, блок определения азимута и угла места 16, причем первая и вторая группа информационных входов первого умножителя 13 объединены поразрядно и соединены с группой информационных выходов первого блока вычитания 12, генератор синхроимпульсов 1, выход которого соединен с управляющими входами антенного коммутатора 6, первого 11, второго 2 и третьего 15 запоминающих устройств, 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.
П
П
Для повышения точности определения местоположения ИРИ дополнительно введены блок коррекции 22, предназначенный для преобразования угловых параметров антенной системы устройства определения местоположения ИРИ {θ, β}, второй и третий сумматоры 17 и 18 соответственно, блок управления видеокамерой 19, видеокамера 20, размещенная над антенной решеткой 5 или в ее центре, блок управления и индикации 25, предназначенный для отображения обнаруженного ИРИ и формирование сигнала управления на его запись, и четвертое запоминающее устройство 21, причем первая и вторая группы информационных выходов блока определения азимута и угла места 16 соединены соответственно с первыми и вторыми группами информационных входов четвертого запоминающего устройства 21 и блока коррекции 22. Третья и четвертая группы информационных входов блока коррекции 22 являются соответственно второй 23 и третьей 24 входными установочными шинами устройства определения местоположения ИРИ. Вход синхронизации блока коррекции 22 соединен с выходом генератора синхроимпульсов 1, а первая группа информационных выходов соединена со второй группой информационных входов второго сумматора 17. Первая группа информационных входов второго сумматора 17 объединена с первой группой информационных входов блока коррекции 22, а группа информационных выходов второго сумматора 17 соединена с первой группой информационных входов блока управления видеокамерой 19. Вторая группа информационных входов блока управления видеокамерой 19 соединена с группой информационных выходов третьего сумматора 18, первая группа информационных входов которого объединена со второй группой информационных входов блока коррекции 22. Вторая группа информационных выходов блока коррекции 22 соединена со второй группой информационных входов третьего сумматора 18. Вход синхронизации третьего сумматора 18 объединен со входами синхронизации второго сумматора 17 и блока коррекции 22. Группа информационных выходов блока управления видеокамерой 19 соединена с группой входов управления видеокамеры 20, видеовыход которой соединен с третьей группой информационных входов четвертого запоминающего устройства 21 и группой информационных входов блока управления и индикации 25. Группа информационных выходов блока управления и индикации 25 соединена с группой адресных входов четвертого запоминающего устройства 21, пятая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов двухканального приемника 7, по которым поступает значение его частоты. Следует отметить, что в антенной решетке 5 устройства определения местоположения ИРИ используют направленные антенные элементы.
При этом блок коррекции 22 выполнен содержащим первый 26 и второй 31 блоки вычисления cos-функции соответственно, первый 41 и второй 42 блоки вычисления sin-функции соответственно, второй 27, третий 32, четвертый 35 и пятый 36 умножители соответственно, второй 28, третий 33 и четвертый 43 блоки вычитания соответственно, пятое 29 и шестое 44 запоминающие устройства соответственно, вычислитель 34, предназначенный для определения уточненного вектора углов поворота, первый 30 и второй 39 делители соответственно, четвертый сумматор 37, блок вычисления квадратного корня 38, первый 40 и второй 45 блоки вычисления arctg-функции, причем группы информационных входов второго блока вычисления cos-функции 31 и второго блока вычисления sin-функции 42 поразрядно объединены и являются второй группой информационных входов блока коррекции 22. Группа информационных выходов второго блока вычисления cos-функции 31 объединена с первой группой информационных входов третьего умножителя 32 и второй группой информационных входов второго умножителя 27. Первая группа информационных входов второго умножителя 27 соединена с группой информационных выходов первого блока вычисления cos-функции 26, группа информационных входов которого поразрядно объединена с группой информационных входов первого блока вычисления sin-функции 41 и одновременно является первой группой информационных входов блока коррекции 22. Группа информационных выходов второго умножителя 27 соединена с группой входов уменьшаемого второго блока вычитания 28, группа входов вычитаемого которого соединена с первой группой информационных выходов пятого запоминающего устройства 29. Группа информационных входов пятого запоминающего устройства 29 является третьей группой информационных входов блока коррекции 22 и второй входной установочной шиной 23 устройства определения местоположения ИРИ. Вторая группа информационных выходов пятого запоминающего устройства 29 соединена с группой входов вычитаемого третьего блока вычитания 33, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов третьего умножителя 32. Вторая группа информационных входов третьего умножителя 32 соединена с группой информационных выходов первого блока вычисления sin-функции 41. Третья группа информационных выходов пятого запоминающего устройства 29 соединена с группой вычитаемого четвертого блока вычитания 43, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов второго блока вычисления sin-функции 42. Группа информационных выходов четвертого блока вычитания 43 соединена с третьей группой информационных входов вычислителя 34. Вторая группа информационных входов вычислителя 34 соединена с группой информационных выходов третьего блока вычитания 33. Первая группа информационных входов вычислителя 34 соединена с группой информационных выходов второго блока вычитания 28, а четвертая группа информационных входов вычислителя 34 соединена с группой информационных выходов шестого запоминающего устройства 44. При этом группа информационных входов шестого запоминающего устройства 44 является четвертой группой информационных входов блока коррекции 22 и третьей входной установочной шиной 24 устройства определения местоположения ИРИ. Первая группа информационных выходов вычислителя 34 поразрядно соединена с первой и второй группами информационных входов четвертого умножителя 35 и второй группой информационных входов первого делителя 30. Группа информационных выходов первого делителя 30 соединена с группой информационных входов второго блока вычисления arctg-функции 45, группа информационных выходов которого является второй группой информационных выходов блока коррекции 22. При этом первая группа информационных входов первого делителя 30 поразрядно соединена со второй группой информационных выходов вычислителя 34 и первой и второй группами информационных входов пятого умножителя 36. Группа информационных выходов пятого умножителя 36 соединена со второй группой информационных входов четвертого сумматора 37. Первая группа информационных входов четвертого сумматора 37 соединена с группой информационных выходов четвертого умножителя 35, а группа информационных выходов соединена с группой информационных входов блока вычисления квадратного корня 38. При этом группа информационных выходов блока вычисления квадратного корня 38 соединена с второй группой информационных входов второго делителя 39. Первая группа информационных входов второго делителя 39 соединена с третьей группой информационных выходов вычислителя 34, а группа информационных выходов соединена с группой информационных входов первого блока вычисления arctg-функции 40. Группа информационных выходов блока 40 является первой группой информационных выходов блока коррекции 22. Вход синхронизации блока коррекции 22 соединен со входами синхронизации второго 27, третьего 32, четвертого 35 и пятого 36 умножителей соответственно, второго 28, третьего 33 и четвертого 43 блоков вычитания соответственно, вычислителя 34, первого 30 и второго 39 делителей соответственно, четвертого сумматора 37, блока вычисления квадратного корня 38, первого 40 и второго 45 блоков вычисления arctg-функции, входами управления пятого 29 и шестого 44 запоминающих устройств соответственно.
П
П
К
К
Устройство определения местоположения ИРИ работает следующим образом (см. фиг.4 и 5). В общем виде заявляемое устройство представляет собой фазовый интерферометр (блоки 1-16), дополненный блоками 22, 17 и 18, преобразующими исходные угловые параметры антенной системы пеленгатора {θ,β) с целью приведения их в соответствие исходным угловым параметрам видеокамеры {θ,β}. Кроме того, в состав устройства входят видеокамера 20, запоминающее устройство 21 и блок управления и индикации 25.
l,h
v
v
l,h
v
Работа фазового интерферометра (блоки 1-16) 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 решетки 5 при их размещении на плоскости. Результаты измерений по шине 4 (см. фиг.4) 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 v=1, 2, …, V. Рассчитывают средние частоты всех поддиапазонов по формуле f=Δ/(2v-1)/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 решетки 5.
l,h
v
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, №1, 1990, 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. - 298 p. 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
v
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.4).
П
П
К
К
Кроме того, на подготовительном этапе однонаправлено ориентируют антенную решетку пеленгатора 5 и камеру 20. С этой целью осуществляют калибровку устройства с помощью тестирующего генератора, размещенного в зоне контроля. Для этого плоскость антенной решетки 5 ориентируют таким образом, чтобы угол θ составлял 0°. Далее измеряют угол места β и запоминают его. После этого на тестирующий генератор ориентируют видеокамеру 20. Значения углов θ и β запоминают, а положение камеры относительно плоскости антенной решетки фиксируют.
П
П
ПО
ПО
Пространственное различие центров координат антенной решетки 5 интерферометра и видеокамеры 20 (фиг.2а) влечет за собой и отличие в ориентации осей их пространственных координат. Поэтому на подготовительном этапе необходимо преобразование исходных угловых параметров антенной решетки 5 {θ,β} с целью их приведения в соответствие исходным угловым параметрам видеокамеры 20. Данная операция в соответствии с выражениями 1-3 выполняется с помощью блока коррекции 22. На первой и второй группах информационных выходов блока 22 формируют значения углов θ и β, используемых далее в процессе работе устройства в качестве поправок при настройке видеокамеры 20.
min
max
min
max
Подготовительный этап завершается заданием рабочего сектора для пеленгатора (блоки 1-16): θ, β, β, β. Данные значения по шине 4 поступают в блок формирования эталонных значений ППИП (см. фиг.4).
v
В процессе работы устройства с помощью блоков 5-16 осуществляют поиск и обнаружение сигналов ИРИ в заданной полосе частот ΔF. Принимаемые решеткой 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) решетки 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.
v
l
h
l
h
Сигналы, поступившие на входы приемника 7, усиливают, фильтруют и переносят на промежуточную частоту, например 10,7 МГц. Одновременно определяют значение частоты сигнала f путем пересчета номера используемого поддиапазона v и его ширины Δf. С опорного и сигнального выходов промежуточной частоты блока 7 сигналы поступают на соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 8, где синхронно преобразуют в цифровую форму. Полученные цифровые отсчеты сигналов антенных элементов А и A в блоке 8 перемножают на цифровые отсчеты двух гармонических сигналов одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга на π/2. В результате в блоке 8 формируют четыре последовательности отсчетов (квадратурные составляющие отсчетов от двух АЭ А 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
v
l
h
В результате выполнения в блоке 9 операции в соответствии с выражением  получают две преобразованные последовательности, характеризующие спектры сигналов, принимаемых в АЭ А и A, а следовательно, и их фазовые характеристики. Однако этого недостаточно для измерения Δφ(f) в парах АЭ А и A. Последнее предполагает вычисление функции взаимной корреляции сигналов в соответствии с выражением
l,h
v
где l, h=1, 2, …, N, l≠h - номер АЭ. На его основе определяют Δφ(f) как
l,h
v
l,h,изм
v
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
v
l,h,эт
v
k
c
v
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
v
l,h,изм
v
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.4). 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
v
i
i
θ,β
v
θ,β
v
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 13. Полученные квадраты разностей складывают в сумматоре 14 и записываются в третье запоминающее устройство 15. В результате в блоке 15 формируют массив данных Н(f), на основе которого получают пространственные параметры θ и β в системе координат АС. Эта операция осуществляется блоком 16 путем поиска минимальной суммы min(f) в массиве данных H(f).
i
i
Значения θ и β поступают на первые группы информационных
i+1
i+1
ПО
ПО
входов второго 17 и третьего 18 сумматоров соответственно. После этого содержимое первого 11 и третьего 15 запоминающих устройств обнуляют и начинают новый цикл измерения пространственных параметров θ и β. На вторые группы информационных входов сумматоров 17 и 18 подаются значения θ и β соответственно с первой и второй группы выходов блока коррекции 22. В результате на выходах блоков 17 и 18 формируют уточненные значения угловых параметров ИРИ  и , которые поступают на соответствующие группы информационных входов блока управления камерой 19. В задачу последнего входит преобразование сигналов  и  в управляющее напряжение, обеспечивающее соответствующее изменение ориентации видеокамеры 20.
После настройки видеокамеры 20 на поступившее управляющее воздействие с блока 19 изображение объекта поступает на третью группу информационных входов четвертого запоминающего устройства 21 и группу информационных входов блока управления и индикации 25. В задачу последнего входит анализ полученного изображения объекта и формирование команды на его запись в блоке 21. Анализ изображения объекта может осуществляться как оператором, так и автоматически. Анализ изображения предполагает определение ценности (информативности) полученных результатов, уточнение местоположения наблюдаемого объекта, например, человека с ИРИ в группе людей и т.д. По результатам анализа принимают решение о фиксировании (записи) полученных результатов в четвертом запоминающем устройстве 21.
i
i
i
i
i
i
i
i
В случае принятия положительного решения блок 25 формирует управляющий сигнал, который поступает на группу адресных входов блока 21. В качестве управляющего воздействия передается информация о времени t выполненных измерений. В результате в блок 21 через первую и вторую группы информационных входов записывают значение пространственных параметров ИРИ θ и β (с выходов блока 16) и значение частоты сигнала f, поступающее на пятую группу информационных входов (с выхода блока 7). В результате в блоке 21 одним блоком записывают видеоинформацию об ИРИ: время его наблюдения t, которое определяет адрес записи информации, пространственные параметры ИРИ θ и β и частота f, на которой была отмечена его работа.
В общем случае перечень параметров ИРИ, фиксируемых в блоке 21, может быть расширен, однако это повлечет за собой введение в устройство дополнительных блоков и связей. Синхронизацию работы блоков 17, 18 и 22 осуществляют импульсы генератора 1.
В устройстве, реализующем предложенный способ, используют известные элементы и блоки, описанные в научно-технической литературе. Блоки с первого по 16 реализуют аналогично соответствующим блокам устройства-прототипа.
Варианты реализации направленных антенных элементов и антенной решетки 5 широко 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. - 298 p.). В зависимости от решаемых задач и используемого диапазона частот могут быть использованы, например, широкополосные трехдиапазонные рупорно-микрополосковые антенны (см. пат. РФ №2360338, пат. РФ №2345453). Реализация антенного коммутатора 6 широко известна (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.
insys@arc.ru
www.insys.ru
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: , www-сервер ).
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 (6) описания. Варианты выполнения сумматора 14, первого 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, третье 15 и четвертое 21 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.).
Первый умножитель 13 реализует операцию возведение в квадрат (выражение 6), 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
v
Блок формирования эталонных ППИП 3 предназначен для создания таблиц эталонных значений разностей фаз Δφ(f) для различных пар АЭ решетки 5 и различных поддиапазонов v. 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 угловых 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
v
Задача блока 3 состоит в том, чтобы для данного измерителя 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 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 на базе микропроцессора (см. Шевкоплес Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.) и работающего в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг.6. В качестве последнего целесообразно использовать 16-разрядный микропроцессор К1810ВМ86.
θ,β
v
Реализация блока определения азимута и угла места 16 известна и широко освещена в литературе. 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.).
П
П
K
K
c
c
c
Блок коррекции 22 (см. фиг.5) предназначен для приведения в соответствие угловых параметров антенной системы {θ,β} угловым параметрам видеокамеры [θ,β] и реализует выражения 1-3. Работа блока коррекции осуществляется следующим образом. На подготовительном этапе в запоминающие устройства 29 и 43 записывают значения вектора смещения центров координат антенной системы 5 и видеокамеры 20 {X,Y,Z} и вектора угла поворота {R,T,P} соответственно. Данная операция осуществляется очередным пришедшим импульсом генератора 1, поступившим на входы управления блоков 29 и 43.
i
i
П
П
П
П
П
п
П
П
с
с
с
Пусть на первую группу информационных входов блока 22 поступает значение θ, а на вторую группу информационных входов - значение β. С помощью блоков 26, 27, 31, 32, 41 и 42 реализуют операцию перевода угловых параметров антенной системы {θ,β} в декартовы координаты [X,Y,Z) (выражение 1). На выходах умножителя 27 формируют значение Х, на выходах умножителя 33 - значение Y, а на выходах блока 42 - Z. Названные величины поступают на входы уменьшаемого блоков вычитания 28, 33 и 43 соответственно. На входы вычитаемого этих блоков подаются значения Х, Y и Z соответственно с информационных выходов запоминающего устройства 29. Результаты вычитания далее следуют на соответствующие группы информационных входов вычислителя 34. На четвертую группу информационных входов блока 34 поступает значение вектора [R,T,P] с информационных выходов запоминающего устройства 44.
П
c
П
с
П
с
T
Вычислитель 34 предназначен для определения уточненного вектора углов поворота {R',T',P'} путем последовательного умножения вектора [Х-X,Y-Y,Z-Z,), значение которого поступило с выходов блоков 28, 33 и 43, на соответствующие углам Эйлера матрицы поворота (см. выражение 2).
ПО
ПО
Блоки 30, 35-40 предназначены для перевода уточненного вектора углов поворота {R',T',P'} в сферическую систему координат в соответствии с (3), в результате чего определяют скорректированную исходную ориентацию антенной системы пеленгатора через значения азимута θ и угол места β.
Реализация блоков 26-42 известна и широко освещена в литературе. Блоки вычисления cos-функции 26 и 31, блоки вычисления sin-функции 41 и 42, умножители 27, 32, 35 и 36, сумматор 37, блоки вычисления arctg-функции 40 и 45, делители 30 и 39 могут быть реализованы на дискретных элементах по известным схемам (см. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.).
Запоминающие устройства 29 и 44 представляют собой буферные запоминающие устройства. Могут быть реализованы 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).
Вычислитель 34 предназначен для определения уточненного вектора углов поворота {R',T',P'} в соответствии с выражением 2. Реализация блока 34 трудностей не вызывает, может быть реализован на программируемом постоянном запоминающем устройстве серии К541 или К500.
Сумматоры 17 и 18 могут быть реализованы на дискретных элементах ТТЛШ-серии, например К1533.
Блок управления камерой 19 и видеокамера 20 могут быть реализованы серийно выпускаемым изделием типа Speed Done Ultra8 22PAL 116 фирмы American Dynamic.
www.samsung.com
i
i
i
Блок управления и индикации 25 предназначен для анализа полученного изображения объекта. Последнее предполагает определение ценности полученных результатов для их последующего уточнения (детализация). На основе результатов выполненного анализа оператор поста или автомат уточняют местоположение ИРИ и принимают решение о занесении результатов измерений в базу данных в блок 21. Блок 25 может быть выполнен на базе монитора типа SyncMaster.F2380 фирмы SAMSUNG (см. http://) дополненного таймером (цифровыми часами). Значение времени выполненных измерений t используют в качестве управляющего сигнала для блока 21 определяющего адрес записей в него текущей информации (видеоизображения, θ, β, f).
http://focus/ti/com/docs/prod/folders/print/TMS320с6416.html
Для повышения быстродействия заявляемого устройства, уменьшения массогабаритных характеристик, потребляемого тока блоки 2, 3, 17, 18, 21 и 22 целесообразно реализовать на специализированном микропроцессоре TMS320c6416 (см. TMS320c6416: ), алгоритм работы которого приведен на фиг.6 и 7.
ПО
ПО
i
i
Апробация предлагаемых способа и устройства выполнена с использованием переносного комплекта оборудования УВЧ диапазона, совмещенного с аппаратурой видеонаблюдения. В качестве антенной системы использована восьмиэлементная антенная решетка с максимальной базой около одного метра (см. фиг.2а). Аппаратура видеонаблюдения была представлена изделием купольного типа Speed Done Ultra8 22PAL 116. Оборудование развертывалось в оконном проеме на четвертом этаже здания. Калибровка выполнена из точки с хорошей электромагнитной и визуальной доступностью. Далее рассчитывались поправки θ β в соответствии с выражениями 1-3. В ходе эксперимента определялось местоположение трех ИРИ, перемещающихся по контролируемой зоне перед зданием площадью 300 м× 300 м. Точность измерения параметров θ и β составила около одного градуса на частоте 900 МГц, что позволило однозначно идентифицировать человека с ИРИ или автомобиль и отслеживать их перемещение.