СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОХРАНЯЕМОГО ОБЪЕКТА
CONTROL METHOD AND DEVICE OF STATE OF GUARDED OBJECT

Заявляемые объекты объединены одним изобретательским замыслом, относятся к радиотехнике и могут быть использованы для контроля состояния и определения местоположения подвижного охраняемого объекта (ПОО).
Известен способ охраны транспортных средств (см. Пат. РФ 2032227, МПК6 G08B 25/10, опубл. 27.03.95 г., бюл. №9). В способе-аналоге при несанкционированном доступе в подвижный охраняемый объект или по команде его владельца активируют радиопередатчик, установленный на ПОО, формируют сигнал тревоги, принимают его на М пеленгаторных пунктах, где М≥2, и вычисляют пеленги. На центральном пункте сигнал тревоги декодируют и выделяют информацию об отличительных признаках охраняемого объекта. Затем эти признаки идентифицируют путем их сравнения с предварительно записанными в базу данных центрального пункта отличительными признаками охраняемого объекта, излучающего сигнал тревоги. После идентификации объекта оперативная группа выезжает на обнаружение охраняемого мобильного объекта.
Недостатком способа-аналога является относительно невысокая точность местоопределения ПОО из-за использования двухэтапного алгоритма обработки результатов изменений и, как следствие, большое время его поиска.
Известен способ контроля состояния охраняемого объекта (см. Пат. RU 2231126, МПК7 G08B 25/10, опубл. 20.06.2004 г.). В способе-аналоге на подготовительном этапе в базу данных центрального пункта контроля заносятся данные об истинном местоположении стационарных охраняемых объектов и отличительные признаки всех охраняемых объектов, при несанкционированном доступе в охраняемый объект или по команде его владельца активируют радиопередатчик, установленный на охраняемом объекте, формируют сигнал тревоги, включающий информацию об отличительных признаках охраняемого объекта, кодируют и излучают его. Принимают сигнал тревоги на М пеленгаторных пунктах, где М≥2, декодируют его. Выделяют информацию об отличительных признаках охраняемого объекта, идентифицируют их путем сравнения с занесенными в базу данных центрального пункта контроля отличительными признаками охраняемых объектов. Определяют его местоположение. Уточняют значения пеленгов путем калибровки пеленгаторов по сигналам от ближайших стационарных охраняемых объектов, на центральном пункте контроля вычисляют ошибки пеленгов, после чего рассчитывают уточненные пеленги на ПОО, излучающий сигнал тревоги. Рассчитывают уточненное местоположение ПОО.
В способе-аналоге, благодаря учету ошибок, полученных при измерении пеленгов на стационарные охраняемые объекты с известными координатами, достигается некоторое повышение в точности местоопределения ПОО, излучающего сигнал тревоги, что, в свою очередь, ведет к уменьшению времени его поиска.
Однако способу-аналогу также присущ существенный недостаток - значительное время поиска ПОО. Данный недостаток является следствием относительно низкой точности местоопределения координат ПОО, излучающего сигнал тревоги. Одной из причин этого является реализованная в способе двухэтапная обработка результатов измерений. Кроме того, способ предполагает наличие большого количества стационарных охраняемых объектов, равномерно распределенных в зоне контроля, что в реальных условиях не всегда реализуемо.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является известный способ контроля состояния охраняемого объекта (Пат. РФ №2370824, МПК G08B 25/10, опубл. 20.10.2009 г.).
0
0
mr
mr
n
В способе-прототипе предварительно в базу данных центрального пункта контроля заносят данные об истинном местоположении стационарных охраняемых объектов и отличительные признаки всех охраняемых объектов. Вычисляют количество N=S/S элементарных зон привязки, где S и S - соответственно площади зоны контроля и элементарной зоны привязки, а также определяют координаты местоположения центров элементарных зон привязки. Присваивают каждой элементарной зоне привязки порядковый номер n=1, 2,…, N. Рассчитывают для М стационарных пеленгаторных пунктов, антенная система каждого из которых включает R>2 антенных элементов, значения эталонных первичных пространственно-информационных параметров (ППИП) на выходах A-го антенного элемента, где m=1, 2,…, М; r=1, 2,…, R; относительно координат местоположения центров каждой элементарной зоны привязки, причем эталонные ППИП рассчитывают для средних частот спектра сигнала. При несанкционированном доступе в охраняемый объект или по команде его владельца активируют радиопередатчик, установленный на охраняемом объекте. Формируют сигнал тревоги, включающий информацию об отличительных признаках охраняемого объекта, кодируют и излучают сигнал тревоги. Принимают сигнал тревоги на m стационарных пеленгаторных пунктах, где m≥2, m∈М, декодируют сигнал тревоги, из которого выделяют информацию об отличительных признаках охраняемого объекта, идентифицируют их путем сравнения с предварительно занесенными в базу данных центрального пункта контроля отличительными признаками охраняемых объектов. Одновременно на m стационарных пеленгаторных пунктах определяют ППИП на выходах A-х антенных элементов. Результаты измерений передают на центральный пункт контроля. Для каждой n-ой элементарной зоны привязки вычисляют разность между эталонными и измеренными ППИП. Полученные разности возводят в квадрат и суммируют. Выделяют из N полученных сумм K минимальную, а координаты местоположения центра элементарной зоны привязки, соответствующей минимальной сумме, принимают за координаты местоположения охраняемого объекта, подавшего сигнал тревоги. Направляют в выявленную элементарную зону привязки n оперативную группу для поиска ПОО. Уточняют перемещение оперативной группы в соответствии с направлением движения ПОО вплоть до его обнаружения.
В способе-прототипе обеспечивается значительное сокращение времени поиска ПОО за счет повышения точности его местоопределения благодаря одноэтапной обработке результатов измерений ППИП.
Однако способу-прототипу, также как и аналогам, присущ недостаток. При приближении ПОО к границам зоны контроля падает точность его местоопределения, а за ее пределами отсутствует возможность отслеживания системой перемещений ПОО. Аналогичная ситуация может возникнуть при нахождении ПОО вблизи зоны контроля. Сигнал "тревога" ПОО может быть принят ближайшими СПП или приемопередатчиками, однако определение его местоположения невозможно в силу названных причин. Увеличение количества стационарных пеленгаторных пунктов в этих условиях неэффективно из-за существенного роста финансовых затрат, усложнения процессов управления системой и т.д.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому устройству контроля состояния охраняемого объекта является устройство по пат. РФ №2370824 "Способ контроля состояния охраняемого объекта", G08B 25/10, опубл. 20.10.2009 г.
Устройство-прототип содержит центральный пункт контроля и М стационарных пеленгаторных пунктов, каждый из которых соединен с центральным пунктом контроля индивидуальным дуплексным каналом связи, T приемопередатчиков, каждый из которых соединен с центральным пунктов контроля индивидуальным дуплексным каналом связи, L стационарных охраняемых объектов и Р подвижных охраняемых объектов, каждый из которых содержит комплект оборудования охранной сигнализации и радиостанцию.
Целью заявляемых технических решений является разработка способа и устройства контроля состояния охраняемого объекта, обеспечивающих эффективное отслеживание перемещений подвижного охраняемого объекта вне зоны контроля.
0
0
mr
mr
n
i
i
i
пр.i
от.i
т
пр.i
от.i
т
i
lps
lps
lps
i
lps
lps
lps
lpi
lpi
lpsi
lpsi
i
i
lpsi
lpsi
lpsi
i
ont
ont
ont
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе контроля состояния охраняемого объекта, заключающемся в том, что предварительно в базу данных центрального пункта контроля заносятся данные об истинном местоположении стационарных охраняемых объектов и отличительные признаки всех охраняемых объектов, вычисляется количество N=S/S элементарных зон привязки, где S и S - соответственно площади зоны контроля и элементарной зоны привязки, а также определяются координаты местоположения центров элементарных зон привязки, присваиваются каждой элементарной зоне привязки порядковый номер n=1, 2,…, N, рассчитываются для М стационарных пеленгаторных пунктов, М≥2, антенная система каждого из которых включает R>2 антенных элементов, значения эталонных ППИП на выходах A-го антенного элемента, где m=1, 2,…, М; r=1, 2,…, R; относительно координат местоположения центров каждой элементарной зоны привязки, причем эталонные ППИП рассчитываются для средних частот спектра сигнала, при несанкционированном доступе в охраняемый объект или по команде его владельца активируется радиопередатчик, установленный на охраняемом объекте, формируется сигнал тревоги, включающий информацию об отличительных признаках охраняемого объекта, кодируется и излучается сигнал тревоги, принимается сигнал тревоги на m стационарных пеленгаторных пунктах, где m≥2, m∈М, декодируется сигнал тревоги, из которого выделяется информация об отличительных признаках охраняемого объекта, идентифицируется путем сравнения с предварительно занесенными в базу данных центрального пункта контроля отличительными признаками охраняемых объектов, одновременно на m стационарных пеленгаторных пунктах определяются ППИП на выходах A-х антенных элементов, результаты измерений передаются на центральный пункт контроля, для каждой n-ой элементарной зоны привязки вычисляется разность между эталонными и измеренными ППИП, полученные разности возводятся в квадрат и суммируются, выделяется из N полученных сумм K минимальная, а координаты местоположения центра элементарной зоны привязки, соответствующее минимальной сумме, принимаются за координаты местоположения охраняемого объекта, подавшего сигнал тревоги, направляется в выявленную элементарную зону привязки n оперативная группа для поиска ПОО, уточняется перемещение оперативной группы в соответствии с направлением движения охраняемого объекта вплоть до его обнаружения, при приближении ПОО, подавшего сигнал тревоги, к границе контрольной зоны и выходе за ее пределы, на центральном пункте контроля формируют команду на подключение к работе М+1-го пеленгаторного пункта, размещенного на летно-подъемном средстве (ЛПС), с помощью которого активируют в момент времени t передатчик ПОО и измеряют задержку τ в приеме сигнала от него, где τ=t-t-t, t - время приема ответа, t- время отправления запроса, t- время, необходимое передатчику на обработку запроса и формирование ответа. Определяют удаление d ПОО от M+1-го пеленгаторного пункта , где с - скорость света. Одновременно определяют местоположение M+1-го пеленгаторного пункта {B, L, H}, где B, L, H соответственно широта, долгота и высота ЛПС, углы крена k, тангажа l, курсового угла α, и склонения ζ ЛПС М+1-го пеленгаторного пункта, азимут θ и угол места β, на ПОО в системе координат антенной системы. Склонение ζ определяют как разность между путевым µ и курсовым α углами ЛПС. Определяют предварительные координаты ПОО в момент времени t в левосторонней системе декартовых координат антенной системы. Уточняют координаты подвижного охраняемого объекта  на основе априорно известной ориентации антенной системы относительно ЛПС {k, l, ζ} путем последовательного умножения , на три соответствующие углам Эйлера матрицы поворота.
i
lpsi
lpsi
lpsi
lpsi
lpsi
lpsi
lpsi
После этого определяют истинные геоцентрические координаты местоположения ПОО  с учетом измеренных в момент времени t пространственных углов ЛПС: крена k, тангажа l, курсового угла α и склонения ζ, а также координат его местоположения: широты B, долготы L и высоты H. Далее преобразуют истинные геоцентрические координаты
местоположения ПОО в географические координаты , и направляют оперативную группу в данную точку. Уточняют перемещение оперативной группы и ЛПС в соответствии с направлением движения ПОО вплоть до его обнаружения.
Благодаря новой совокупности признаков (введению дополнительного пеленгатора на ЛПС, реализующего угломерно-дальномерный способ местоопределения и обеспечивающего заданную точность измерений) в заявляемом способе осуществляется эффективное отслеживание перемещений ПОО вне зоны контроля, что эквивалентно значительному ее расширению. Заявляемый способ расширяет арсенал средств данного назначения.
lps
lps
lps
i
i
i
lps
lps
lps
В заявляемом устройстве контроля состояния охраняемого объекта поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из центрального пункта контроля и М стационарных пеленгаторных пунктов, каждый из которых соединен с центральным пунктом контроля индивидуальным дуплексным каналом связи, T приемопередатчиков, каждый из которых соединен с центральным пунктов контроля индивидуальным дуплексным каналом связи, L стационарных охраняемых объектов и Р подвижных охраняемых объектов, каждый из которых содержит комплект оборудования охранной сигнализации и радиостанцию, отличающееся тем, что дополнительно введен M+1-й подвижный пеленгаторного пункта на летно-подъемном средстве (ЛПС), который соединен дуплексным каналом с центральным пунктом контроля или ближайшим приемопередатчиком, при этом М+1-й подвижный пеленгаторного пункта выполнен содержащим блок определения местоположения ЛПС {B, L, H}, измеритель пространственных параметров {θ, β}, вычислитель, предназначенный для последовательного пересчета координат местоположения подвижного охраняемого объекта (ПОО) из одной системы координат в другую, блок угловой ориентации ЛПС {k, l, ζ}, блок управления, предназначенный для периодического формирования команды запроса "маячку" ПОО и анализа получаемого ответа, ведения базы данных, а также определения дальности до ПОО, приемную и передающую антенны, дуплексную радиостанцию, радиомодем и блок индикации, причем группа информационных входов измерителя пространственных параметров является входной установочной шиной M+1-го подвижного пеленгаторного пункта, а первая и вторая группы его информационных выходов соединены со второй и третьей группами информационных входов вычислителя, первая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока определения местоположения ЛПС, пятая группа информационных входов вычислителя соединена с группой информационных выходов блока угловой ориентации ЛПС, а группа информационных выходов соединена с первой группой информационных входов блока управления и первой группой информационных входов блока индикации, вторая группа информационных входов которого соединена со второй группой информационных выходов блока управления, первая группа информационных выходов которого соединена с четвертой группой информационных входов вычислителя, а третий информационный выход соединен с первым информационным входом радиомодема, первый информационный выход которого соединен со вторым информационным входом блока управления, а второй информационный выход соединен с первым информационным входом дуплексной радиостанции, первый информационный выход которой соединен со вторым информационным входом радиомодема, второй информационный вход дуплексной радиостанции соединен с приемной антенной, а второй информационный выход соединен с передающей антенной.
Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что вводятся новые элементы и связи позволяет достичь цели изобретения: обеспечить эффективное отслеживание перемещений подвижного охраняемого объекта вне зоны контроля, что эквивалентно значительному ее расширению.
Заявляемый способ поясняется чертежами, на которых показаны:
на фиг.1 - обобщенная структурная схема системы контроля состояния охраняемого объекта;
на фиг.2 - состав комплекта оборудования:
а) стационарного охраняемого объекта;
б) подвижного охраняемого объекта;
на фиг.3 - алгоритм работы микропроцессора, реализующего функции управляющего контроллера;
на фиг.4 - порядок формирования элементарных зон привязки и присвоения им порядкового номера;
на фиг.5 - порядок формирования N эталонных массивов первичных пространственно-информационных параметров;
на фиг.6 - порядок формирования массива измеренных первичных пространственно-информационных параметров;
1
1
на фиг.7 - очередность вычисления суммы K для первой элементарной зоны привязки n;
на фиг.8 - алгоритм выполняемых вычислительных операций на M+1-м пеленгаторном пункте;
пр
на фиг.9 иллюстрируется экспериментально полученная зависимость вероятности промаха Р для различных значений ошибок местоопределения П;
изм
на фиг.10 иллюстрируется зависимость точности местоопределения ПОО от количества выполненных измерений N;
на фиг.11 - структурная схема стационарного пеленгаторного пункта;
на фиг.12 - структурная схема подсистемы местоопределения центрального пункта контроля;
на фиг.13 - алгоритм вычисления эталонного набора ППИП на центральном пункте контроля;
на фиг.14 - структурная схема М+1-го пеленгаторного пункта на ЛПС;
на фиг.15 - алгоритм работы M+1-го пеленгаторного пункта;
i
i
на фиг.16 - структурная схема измерителя пространственных параметров θ и β;
l,h,эт
ν
на фиг.17 иллюстрируется порядок формирования массива эталонных значений ППИП Δφ(f) на М+1-м пеленгаторном пункте;
l,h,изм
ν
на фиг.18 приведен порядок формирования массива измеренных значений ППИП Δφ(f) на A+1-м пеленгаторном пункте;
θ,β
ν
ν
p
на фиг.19 иллюстрируется порядок вычисления суммы K(f) на частоте f и различных значений угла места β;
на фиг.20 иллюстрируется алгоритм работы передатчика (маячка) ПОО.
Способ-прототип обеспечивает достаточно высокую точность местоопределения подвижных источников радиоизлучения благодаря реализации одноэтапной обработки пространственных параметров сигналов. Однако вблизи границ зоны контроля точность местоопределения как правило, заметно падает в силу геометрических особенностей построения таких систем. Кроме того, на практике имеют место ситуации, когда ПОО, подавшему сигнал тревоги, удается покинуть зону контроля. В результате наведение оперативной группы на ПОО становится невозможным. Частично данная проблема может быть решена за счет увеличения числа стационарных пеленгаторных пунктов. Однако этот путь малоэффективен в силу экономической нецелесообразности (резко возрастают экономические затраты на развертывание и содержание сети). Усложняется подсистема управления сетью, что, в конечном счете, влечет за собой дополнительные временные потери в цикле управления, снижение ее надежности и т.д.
Данная проблема может быть эффективно решена с помощью одного пеленгаторного пункта, размещенного на летно-подъемном средстве (ЛПС), реализующем угломерно-дальномерный способ местоопределения. В качестве ЛПС может быть использован вертолет, малогабаритный самолет, беспилотный летательный аппарат и т.п. Однако при реализации угломерно-дальномерного способа местоопределения на ЛПС возникает несколько проблем, связанных с учетом ориентации антенной системы пеленгатора относительно борта ЛПС, фиксированием пространственного местоположения ЛПС в момент проведения измерений, определением ориентации ЛПС в пространстве (измерение углов крена, тангажа и склонения), измерением расстояния от ПОО до ЛПС. В заявляемом способе основные проблемы решаются в результате учета всех названных дестабилизирующих факторов путем последовательного перевода результатов измерений из координат антенной системы в координаты ЛПС, далее - в геоцентрическую систему координат и наконец - в географическую систему координат.
Реализацию заявляемого способа и устройства целесообразно рассмотреть совместно на примере системы контроля состояния охраняемого объекта, приведенной на фиг.1, 11, 12, 14 и 16.
Устройство контроля состояния охраняемого объекта, включающее центральный пункт контроля 4 и М стационарных пеленгаторных пунктов 3.1-3.M, каждый из которых соединен с центральным пунктом контроля 4 индивидуальным дуплексным каналом связи, T приемопередатчиков 5.1- 5.T, каждый из которых соединен с центральным пунктов контроля индивидуальным дуплексным каналом связи, L стационарных охраняемых объектов 2.1-2.L и Р подвижных охраняемых объектов 1.1-1.Р, каждый из которых содержит комплект оборудования охранной сигнализации и радиостанцию.
lps
lps
lps
i
i
i
lps
lps
lps
i
Для обеспечения эффективного отслеживания перемещений подвижного охраняемого объекта вне зоны контроля дополнительно введен М+1-й подвижный пеленгаторный пункт 6 на летно-подъемном средстве (ЛПС), который соединен дуплексным каналом связи с центральным пунктом контроля 4 или ближайшим приемопередатчиком 5.t, при этом М+1-й подвижный пеленгаторный пункт 6 выполнен содержащим блок определения местоположения ЛПС {B, L, H} 48, измеритель пространственных параметров {θ, β} 49, вычислитель 50, предназначенный для последовательного пересчета координат местоположения подвижного охраняемого объекта (ПОО) из одной системы координат в другую, блок угловой ориентации ЛПС {k, l, ζ} 51, блок управления 52, предназначенный для периодического формирования команды запроса "маячку" ПОО и анализа получаемого ответа, ведения базы данных, а также определения дальности до ПОО, приемную 53 и передающую 54 антенны, дуплексную радиостанцию 55, радиомодем 56 и блок индикации 57. Причем группа информационных входов измерителя пространственных параметров 49 является входной установочной шиной 58 М+1-го подвижного пеленгаторного пункта 6, а первая и вторая группы его информационных выходов соединены со второй и третьей группами информационных входов вычислителя 50. Первая группа информационных входов вычислителя 50 соединена с группой информационных выходов блока определения местоположения ЛПС 48, а пятая группа информационных входов блока 50 соединена с группой информационных выходов блока угловой ориентации ЛПС 51. Группа информационных выходов вычислителя 50 соединена с первой группой информационных входов блока управления 52 и первой группой информационных входов блока индикации 57. Вторая группа информационных входов блока индикации 57 соединена со второй группой информационных выходов блока управления 52, первая группа информационных выходов которого соединена с четвертой группой информационных входов вычислителя 50. Третий информационный выход блока управления 52 соединен с первым информационным входом радиомодема 56, первый информационный выход которого соединен со вторым информационным входом блока управления 52. Второй информационный выход блока 56 соединен с первым информационным входом дуплексной радиостанции 55, первый информационный выход которого соединен со вторым информационным входом радиомодема 56. При этом второй информационный вход дуплексной радиостанции 55 соединен с приемной антенной 53, а второй информационный выход соединен с передающей антенной 54.
Каждый подвижный и стационарный охраняемый объект снабжен комплектом оборудования, показанным на фиг.2. Стандартный вариант оборудования включает управляющий контроллер 7, группу из F датчиков охранной сигнализации 8.1-8F, выходы которых подключены к входной шине управляющего контроллера 7, радиоприемник 9 и радиопередатчик 10, антенный коммутатор 11 и антенну 12 с соответствующими связями. В управляющем контроллере предусматривается входная шина 14 для ввода исходных данных ("ключа") пользовательского комплекта и настройки оборудования. Внешний пульт управления 15 предоставляет возможность пользователю ставить объект на охрану и снимать его с охраны. Кроме того, в стандартном комплекте оборудования предусматривается возможность подключения к управляющему контроллеру кнопки "Угроза" 13. Управляющий контроллер 7 может быть реализован на микропроцессоре AT91SAM7S64, усовершенствованный алгоритм работы которого приведен на фиг.3. Малошумящий радиоприемник 9 обеспечивает конвертирование принимаемых сигналов на промежуточную частоту, например, 31,25 МГц с полосой пропускания не менее 1 МГц по уровню -3 дБ. Затухание сигнала за пределами полосы в 20 МГц (при отстройке 10 МГц от центральной частоты) должно составлять не менее 80 дБ. Радиопередатчик 10, содержащий смеситель и усилитель мощности, должен обеспечивать минимальное энергопотребление. Может быть выполнен на базе микросхемы ASIC, либо FPGA.
Комплект оборудования ПОО по желанию заказчика может быть продублирован (см. фиг.2.б). В комплект оборудования всех охраняемых объектов входит автономное аварийное питание.
На подвижном и стационарном охраняемых объектах предусматривается формирование следующих сигналов:
сигнал "Тревога" при несанкционированном вскрытии охраняемого объекта, при нажатии кнопки "Угроза" или по команде М+1-го пеленгаторного пункта, размещаемого на ЛПС;
сигналы контроля технического состояния оборудования охраняемых объектов.
При приеме сигнала "Контроль" управляющий контроллер 7 выполняет функции аналого-цифрового преобразователя и фильтрации (например, при использовании микросхемы LTC2208 обеспечивают частоту дискретизации 25 МГц при разрядности 16 бит), коррелятора, компаратора и формирователя сигнала ответа.
В предлагаемом способе для всех видов сигналов, формируемых на подвижных и стационарных охраняемых объектах, назначают два ключа. Последним ставятся в соответствие сигналы заданной формы, которые на подготовительном этапе вводятся в память микропроцессора 7 (см. фиг.2) и память центрального пункта 4. Сигналы конкретного охраняемого объекта соответствуют введенным в базу данных центрального пункта контроля 4 отличительным признакам объекта. В качестве последних, для МОО, могут быть использованы государственный номер, марка автомобиля, цвет, данные о владельце и т.д. Для стационарных охраняемых объектов дополнительно заносятся данные об их истинном местоположении.
N
Каждое сообщение состоит из двух основных частей: преамбулы и передаваемых данных. В качестве преамбулы может быть выбрана М-последовательность, обладающая хорошими автокорреляционными свойствами. Длина М-последовательности (η=2-1, где N - заранее выбранное натуральное число) зависит от достаточной помехозащищенности системы. Пусть N=7, то есть длина М-последовательности составляет 511 бит.
Передаваемые данные должны содержать:
идентификатор отправителя;
идентификатор получателя;
контрольную сумму CRC16;
октет, заполненный нулевыми битами.
Последнее необходимо для реализации сверточного кодирования. Пусть данные составили 56 бит. В результате сверточного кодирования с параметрами K=8 и R=1/2 на выходе получают 112 бит. Эта процедура предназначена для обеспечения корректировки возможных ошибок. На следующем этапе для равномерного распределения ошибок при приеме выполняют операцию перемежения. Далее реализуют кодирование Уолша. Для этого 112 бит дополняют двумя нулевыми битами. В результате выполнения этой операции на выходе имеют 1216 бит. Полученные 1216 бит информации складывают по модулю два с преамбулой. Результатом является псевдослучайная последовательность, позволяющая избежать повторяющихся последовательностей и равномерней распределить энергетику в выходном спектре. В качестве модуляции может бить использована фазовая манипуляция BPSK на заданной центральной частоте.
Прием сигналов от охраняемых объектов осуществляют с помощью М стационарных пеленгаторных пунктов 3 и T приемопередатчиков 5 с их последующей ретрансляцией на центральный пункт контроля 4 или непосредственно на пункте 4. Таким образом, независимо от вида сигнала, поступившего на центральный пункт контроля 4, его идентификация заключается в поиске в базе данных сигнала идентичного принятому. Результаты сравнения однозначно указывают на вид принятого сигнала и на отличительные признаки охраняемого объекта, подавшего этот сигнал. Структура сигнала может отличаться от рассмотренной и зависит от выделенного частотного диапазона и количества пользователей системы.
В предлагаемом способе на подготовительном этапе по аналогии со способом-прототипом выполняют следующие операции. Заданную зону контроля, например, территорию города, делят на элементарные зоны привязки (см. фиг.4б). Размеры элементарной зоны привязки соответствуют предварительно заданные точности местоопределения {ΔX, ΔY}, например, 50 м × 50 м. На следующем этапе находят географические координаты центров элементарных зон привязки {X, Y} и присваивают каждой из них порядковый номер (см. фиг.4б, в) из набора n=1, 2,…, N.
l,h
m
l,h
Далее для всех М стационарных пеленгаторных пунктов рассчитывают эталонные значения первичных пространственно-информационных параметров. В качестве последних целесообразно использовать значения разности фаз сигналов Δφ для всех возможных парных комбинаций антенных элементов в рамках каждого стационарного пеленгаторного пункта. Термин "стационарный пеленгаторный пункт" в заявляемом способе условный, в его функции не входит определение пеленга θ. Выбор Δφ в качестве первичного пространственно-информационного параметра обоснован в способе-прототипе.
min
max
min
max
3min
3max
n
Порядок расчета эталонных ППИП следующий. Вводят координаты всех стационарных пеленгаторных пунктов и топологию их антенных систем. Данные по топологии антенных систем включают значения взаимных расстояний между антенными элементами решетки и ее ориентацию относительно направления на север. При использовании антенной решетки с круговой эквидистантной структурой за направление ее ориентации может быть выбран вектор, проходящий через второй антенный элемент в направлении первого антенного элемента. Для каждого стационарного пеленгаторного пункта определяют сектор обработки сигналов по азимуту (θ, θ) и необходимое разрешение (точность) вычисления углового параметра Δθ. Значения Δθ, Δθ, Δθ определяют из места размещения стационарного пеленгаторного пункта относительно зоны контроля и требуемой точности местоопределения {ΔX, ΔY}. Например, для третьего пеленгаторного пункта на фиг.4а показан сектор обработки сигналов (сектор 3) и значения θ, θ. Последние выбираются исходя из того, чтобы вся зона контроля попала в сектор обработки сигналов охраняемых объектов. Аналогично определяется необходимая точность вычисления углового параметра Δθ. Погрешность определения параметра Δθ не должна приводить к ошибкам местоопределения подвижного охраняемого объекта, превышающим площадь элементарной зоны привязки. В процессе расчета эталонных первичных ППИП эталонный источник размещают поочередно в центре каждой элементарной зоны привязки с известными координатами {X, Y}.
mn
mn
Вычисляют угловые параметры θ сигнала для каждого m-го пеленгаторного пункта с учетом размещения источника в n-х точках зоны контроля и его удаление D.
mn
l,h,m,nэт
Далее для каждого углового параметра θ эталонного источника в точке n вычисляют значение разностей фаз Δφ для всех возможных комбинаций пар антенных элементов решетки всех стационарных пеленгаторных пунктов
max
min
in
in
h
h
где  - расстояние между h-м антенным элементом и эталонным источником, расположенным в n-ой элементарной зоне привязки, h, l=1, 2,…, R, h≠l, i∈(1…((θ-θ)/Δθ)); x, y и x, y - координаты эталонного источника и антенного элемента соответственно.
l,h,m,nэт
Полученные в результате расчетов (моделирования) эталонные ППИП Δφ оформляют в виде N эталонных массивов данных, вариант представления информации в которых показан на фиг.5. После выполнения названных операций система готова к работе.
l,h,mизм
l,h,mизм
l,h
В процессе работы системы владелец подвижного охраняемого объекта с помощью пульта управления 15 формирует сигнал на принятие объекта под охрану. При несанкционированном вскрытии подвижного охраняемого объекта, находящегося под охраной, по сигналам одного или нескольких датчиков охранной сигнализации 8.f в управляющем контроллере 7 (см. фиг.2, 3) формируют, кодируют и излучают сигнал "Тревога". При обнаружении на пунктах 3, 4 и 5 сигнала тревоги от одного из подвижных охраняемых объектов на центральном пункте контроля 4 формируют N массивов первичных пространственно-информационных параметров Δφ(см. фиг.6), структура представления информации в которых аналогична вышерассмотренной на фиг.5. Для этого на всех пеленгаторных пунктах, принявших сигнал тревоги, измеренные параметры Δφ для всех сочетаний антенных элементов A передают на центральный пункт контроля. Здесь их оформляют в N массивов измеренных первичных пространственно-информационных параметров. Таким образом, в предлагаемом способе первый этап обработки сигналов на М стационарных пеленгаторных пунктах исключен, а вся необходимая информация о поле сигнала в точках приема, заключенная в первичных пространственно-информационных параметрах, передается на центральный пункт контроля.
На следующем этапе реализации заявляемого способа для каждой n-й элементарной зоны привязки (см. фиг.7) последовательно вычисляют разность между эталонными и измеренными ППИП, которые возводят в квадрат и суммируют в соответствии с выражением
n
1
nmin
nmin
l,h,m,nэт
l,h,mизм
На фиг.7 иллюстрируется порядок вычисления суммы K для первой элементарной зоны привязки n. Далее определяют минимальную сумму K. Координаты местоположения центра элементарной зоны привязки, соответствующей K, принимают за координаты местоположения мобильного охраняемого объекта, подавшего сигнал тревоги. Операция возведения в квадрат в выражении (2) необходима для того, чтобы все результаты вычитания имели положительное значение. В противном случае могла возникнуть ситуация, когда сумма положительных и отрицательных разностей Δφ-Δφ компенсировали друг друга.
Таким образом, вся необходимая информация о поле сигнала из нескольких точек приема поступает на центральный пункт контроля и за один этап обработки преобразуется в искомые координаты мобильного охраняемого объекта. При этом достигается заметное повышение точности измерений за счет более полного учета информации о поле сигнала в условиях многолучевости и при низких соотношениях сигнал/шум. Далее измеренное местоположение охраняемого объекта используется для его поиска оперативной группой. В процессе поиска подвижного охраняемого объекта постоянно отслеживаются все его перемещения и перемещения оперативной группы с целью оптимизации процесса наведения последней на объект поиска. Для этого на транспортных средствах оперативной группы также устанавливаются передатчики (радиомаяки), работающие в общей полосе частот.
В случае нажатия кнопки "Угроза" владельцем подвижного охраняемого объекта (например, при попытке насильственного захвата транспортного средства или угрозе жизни его владельцу) также формируют, кодируют и излучают сигнал "Тревога" (см. фиг.2 и 3), по которому аналогично определяют его местоположение.
При срабатывании одного или нескольких датчиков охранной сигнализации или при нажатии кнопки "Угроза" на стационарном охраняемом объекте аналогично формируют, кодируют и излучают сигнал "Тревога". Последний достаточно принять хотя бы одним из пунктов 3, 4 или 5 (см. фиг.2). В этом случае нет необходимости решать задачу местоопределения объектов. После декодирования сигнала тревоги на центральном пункте контроля, выделения информации об отличительных признаках и их идентификации извлекают информацию о координатах стационарного охраняемого объекта. Это обстоятельство позволяет существенно расширить зону обслуживания стационарных охраняемых объектов используя для ретрансляции сигналов тревоги вынесенные приемопередатчики 5.
Если в процессе функционирования системы ПОО, подавший сигнал тревоги, приближается к границе контролируемой зоны в работу включается М+1 пеленгаторный пункт 6, расположенный на борту ЛПС. Последний находится в состоянии постоянной готовности к полету и началу работы. Подключение М+1 пеленгаторного пункта к работе осуществляется по команде с центрального пункта контроля 4. Последняя содержит информацию об отличительных признаках ПОО, подавшего сигнал тревоги, координаты его последнего зарегистрированного местоположения. По названной команде М+1 пеленгаторный пункт вылетает в названную точку и берет управление оперативной группой на себя.
i
i
i
пр.i
от.i
т
пр.i
от.i
т
т
i
В процессе полета M+1-й пеленгаторный пункт активирует передатчик ПОО (в момент времени t). В результате становится возможным измерить задержки τ в приеме ответного сигнала от ПОО τ=t-t-t, где t - время приема ответа, t - время отправления запроса, t- время, необходимое передатчику на обработку запроса и формирование ответа. Значение t для используемого типа передатчика (маячка) является величиной постоянной и априорно известной. Данное обстоятельство позволяет с высокой точностью определить удаление d ПОО от M+1-го пеленгаторного пункта
,
где с - скорость света, а следовательно, и дает возможность эффективной (высокоточной) реализации угломерно-дальномерного способа местоопределения. Алгоритм работы "маячка" ПОО приведен на фиг.20.
i
lps
lps
lps
i
lps
lps
lps
lpsi
lpsi
lpsi
i
i
i
i
i
i
Одновременно в момент времени t измеряют местоположение в пространстве M+1-го пеленгаторного пункта {B, L, H}, где B, L, H соответственно широта, долгота и высота ЛПС. Данная функция может быть реализована с помощью GPS навигатора (см. GPS навигаторы 12, 12XL, 12CX. Руководство пользователя. Е-mail: admin@connect.ru). Кроме того, определяют ориентацию ЛПС в данной точке (углы крена k, тангажа l и склонения ζ), а также азимут θ и угол места β на ПОО в системе координат антенной системы (АС) пеленгатора (без учета ориентации АС относительно корпуса ЛПС и собственно ориентации ЛПС). Для измерения θ и β, возможно использование на борту ЛПС пеленгатора, который аналогичен пеленгаторам 3.1-3.M, но дополнен блоком преобразования ППИП в пространственные параметры θ и β.
i
0
i
i
0
i
i
i
0
i
i
i
i
i
i
Результаты измерений фиксируют и на следующем этапе определяют предварительные координаты ПОО в момент времени t в левосторонней системе декартовых координат антенной системы, где X=dsinβ, Y=-dcosβcosθ, Z=dcosβsinθ. Данную операцию можно интерпретировать следующим образом. По измеренному направлению {θ, β} откладывают расстояние d и получают вектор - местоположение источника в системе координат АС. Для получения истинных географических координат ПОО, необходимо учесть ориентацию АС пеленгатора относительно ЛПС и положение ЛПС в пространстве. Это достигается путем последовательного перехода из одной системы координат в другую, что удобнее и быстрее выполнять в декартовой системе координат.
ant
ant
ant
В первом преобразовании учитывают априорно известную ориентацию АС относительно ЛПС (уточняют координаты ПОО). Коррекция  осуществляется в плоскости трех углов Эйлера и принятых в авиации как углы крена k, тангажа l и склонения ζ. Исходный вектор  последовательно перемножают на три соответствующие углам Эйлера матрицы поворота (см. фиг.8)
где
lps
lps
lps
lps
lps
На следующем этапе осуществляют перевод вектора уточненных координат ПОО  в геоцентрическую систему координат. Это преобразование учитывает ориентацию ЛПС относительно земной поверхности и положение ЛПС в пространстве, что позволяет получить истинные геоцентрические координаты ПОО . Ориентация ЛПС обычно задается углами k, l и ζ, которые определяются в каждой точке относительно плоскости, касательной к сферической модели земной поверхности. Ось крена лежит в этой плоскости и направлена на географический север, ось склонения перпендикулярна указанной плоскости и направлена к центру земли, ось тангажа лежит в указанной плоскости таким образом, что тройка осей составляет правую декартову систему координат. Полученный на предыдущем этапе вектор  последовательно перемножают на три соответствующие матрицы поворота (относительно каждой из названных осей). 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  минус долготу ЛПС L, используя матрицы поворота, а затем перенести центр системы координат в центр земли, используя геоцентрические координаты ЛПС. В результате имеем
где
i
lpsi
i
lpsi
, β=L, r=6370000+H,
Для удобства работы истинные геоцентрические координаты переводят в географические координаты ПОО , где
Полученные географические координаты используют для направления оперативной группы в данную точку. Уточняют перемещение оперативной группы и ЛПС в соответствии с направлением движения ПОО вплоть до его обнаружения.
пр
Выполнены экспериментальные исследования использования дополнительного пеленгаторного пункта на ЛПС (ИЛ-18). В ходе испытаний полет проходил на высоте 7 км по круговой орбите со смещенным центром относительно ПОО. Расстояние до ПОО по поверхности земли составляло от 15 до 26 км. На фиг.9 приведена экспериментально полученная зависимость вероятности промаха Р в местоопределении, значение которого П не хуже указанной величины в метрах. При рассмотрении фиг.9 следует, что 60% наиболее точных измерений будут иметь ошибку не более 500 метров. Промах в размере 300 метров будет составлять в 35% измерений. При наличии возможности усреднений набора результатов измерений (ПОО притормозил на перекрестке, временно остановился) возможно достижение точности местоопределения 100 метров (см. фиг.10).
Использование ИЛ-18 в качестве ЛИС М+1-го пеленгаторного пункта в рассматриваемой системе экономически нецелесообразно. Для этой цели может быть использован, например, небольшой вертолет, в связи с тем, что оборудование М+1-го пеленгаторного пункта имеет небольшие массогабаритные характеристики. Кроме того, в этом случае достигается повышение точности местоопределения ПОО в результате зависания вертолета в одной точке, близкой к объекту, а также имеется возможность визуального его сопровождения.
Таким образом, для выбранных условий предлагаемые способ и устройство контроля состояния охраняемого объекта имеют преимущество перед прототипом, сохраняя свою работоспособность за пределами границ контролируемой зоны, что эквивалентно значительному ее расширению. Кроме того, М+1-й пеленгаторный пункт по решению центрального пункта контроля 4 может привлекаться для экспресс-поиска и местоопределения (сопровождения) наиболее важных ПОО, доставки оперативной группы на удаленные стационарные охраняемые объекты.
Реализация предлагаемого устройства трудностей не вызывает. Основными элементами системы являются М стационарных и М+1-й подвижный (на ЛПС) пеленгаторные пункты 3.1-3.М и 6 соответственно, центральный пункт контроля 4, дополненные средствами связи 5, с помощью которых по аналогии со способом-прототипом реализуют систему управления типа "Звезда". С этой целью может использоваться радиосвязь типа RADIONET на частоте 2,4 ГГц или оптическое волокно. Индивидуальные комплекты оборудования подвижных и стационарных охраняемых объектов могут быть реализованы аналогично подобному оборудованию способа-прототипа (см. фиг.2 и 3). Отличие состоит в используемой структуре сигналов, которая приведена выше. Более подробно этот вопрос освещен при рассмотрении работы М+1-го пеленгаторного пункта 6.
Каждый стационарный пеленгаторный пункт 3 (см. фиг.11) содержит по аналогии с прототипом антенную решетку 17, антенный коммутатор 18, двухканальный приемник 19, аналого-цифровой преобразователь 20, блок преобразования Фурье 21, блок вычисления ППИП 22, запоминающее устройство 23, генератор синхроимпульсов 24, радиомодем 25 и дуплексную радиостанцию 26, приемную 28 и передающую 27 антенны.
Центральный пункт контроля состоит из двух основных подсистем:
подсистемы анализа и управления;
подсистема местоопределения.
В задачу первой из них входит формирование и ведение базы данных отличительных признаков стационарных и подвижных охраняемых объектов, текущий анализ поступающих сигналов "угроза" и "тревога", формирование сигналов "контроль" и текущее управление всеми элементами системы (см. фиг.1).
Данная работа, как правило, организуется на базе двух постов:
формирования и ведения базы данных;
анализа и управления системой (в том числе наведение оперативной группы на ПОО). Реализация постов трудностей не вызывает. Функционирование поста анализа и управления осуществляется в соответствии с алгоритмом, представленном на фиг.3.
Подсистема местоопределения центрального пункта контроля 4 (см. фиг.12) содержит М дуплексных радиостанций 31, М радиомодемов 32, М первых запоминающих устройств 34, М трактов анализа 35, каждый из которых содержит первый установочный вход 42, блок вычитания 36, умножитель 37, второй сумматор 38, второе и третье запоминающие устройства 39 и 41 соответственно, блок формирования эталонного набора первичных пространственно-информационных параметров 40. Кроме того, подсистема местоопределения центрального пункта контроля содержит первый сумматор 43, запоминающее устройство 44, блок принятия решения 45 и вторую группу установочных входов 46.
Перед началом работы системы (см. фиг.1, 4, 11, 12) осуществляют описание пространственных характеристик антенных решеток всех пеленгаторных пунктов 3. С этой целью определяют местоположение каждого стационарного пеленгаторного пункта, например, с помощью устройства радионавигации GPS. Измеряют взаимные расстояния между антенными элементами решетки 17, определяют склонение антенной решетки относительно направления на север. Результаты измерений со всех стационарных пеленгаторных пунктов передают на центральный пункт контроля 4 и по соответствующим шинам 42/1-42/М (см. фиг.12) поступают на входы блоков формирования эталонного набора первичных пространственно-информационных параметров 40 соответствующих трактов анализа 35/1-35/М. По установочной шине 46 (фиг.12) в блок принятия решения 45 вводят координаты центров элементарных зон привязки. В блоках 40 трактов анализа (см. фиг.12) по рассмотренному выше алгоритму вычисляют эталонные наборы первичных пространственно-информационных параметров, которые в дальнейшем хранятся в запоминающих устройствах 41.
Стационарный пеленгаторный пункт 3.m (см. фиг.11) представляет из себя фазовый интерферометр и содержит антенную решетку 17 из R антенных элементов в количестве более двух, расположенных в плоскости пеленгования. Антенный коммутатор 18 содержит R входов и два выхода, один из которых выбран опорным, а второй - сигнальным. Выходы антенных элементов (как правило - штыревая симметричная или несимметричная антенна) антенной решетки 17 подсоединены к соответствующим входам антенного коммутатора 18. Выходы коммутатора 18 соединяются с соответствующими входами двухканального приемника 19, использующего общие гетеродины. Блок 19 может быть выполнен на базе двух приемников IC-R8500 фирмы ICOM. Аналого-цифровой преобразователь 20 и блок преобразования Фурье 21 выполняют двухканальными. Блоки 20 и 21 реализуют с помощью стандартных плат субмодуля цифрового приема ADMDDC2WB и ADP60PCI ν.3.2 на процессоре Shark ADSP21062.
Блок вычисления первичных пространственно-информационных параметров 22 предназначен для вычисления измеренных разностей фаз, реализуют на базе платы ADP60PCI ν.3.2 на процессоре Shark ADSP21062.
Радиомодемы 25 (32) могут быть реализованы на базе изделий Kantronics KPC-3 Plus.
Дуплексные радиостанции 26 (31) реализуют с помощью радиостанций IC-F310S фирмы ICOM.
l,h,m,nэт
l,h,mизм
l,h,mэт
Подсистема местоопределения центрального пункта контроля 4 по аналогии со способом-прототипом предназначена для расчета эталонных значений первичных пространственно-информационных параметров для всех стационарных пеленгаторных пунктов 3 и их хранение, сбор измеренных значений первичных пространственно-информационных параметров, вычисление местоположения источника радиоизлучения подвижного охраняемого объекта. Расчет эталонных первичных пространственно-информационных параметров сигналов Δφ и их хранение осуществляют с помощью блоков 40 и 41 трактов анализа 35. Данную функцию осуществляют в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг.13. Сбор и хранение первичных пространственно-информационных параметров реализуют с помощью дуплексных радиостанций 31, радиомодемов 32 и запоминающих устройств 34. Основное предназначение трактов анализа 35 состоит в том, чтобы оценить степень отличия измеренных параметров Δφ от эталонных Δφ, рассчитанных для всех элементарных зон привязки N. Данную операцию осуществляют в соответствии с фиг.7.
n
Задача сумматора 43 состоит в том, чтобы просуммировать полученные в трактах 35 отличия в параметрах всех пеленгаторных пунктов по каждой элементарной зоне привязки n. Блок 45 на первом этапе осуществляет сравнение всех хранящихся в блоке 44 сумм и выбирает среди них минимальную. Номера ячеек памяти блока 44 находятся в однозначном соответствии с номерами элементарных зон привязки, что позволяет блоку 45 принять решение о наиболее вероятном местоположении источника радиоизлучения подвижного охраняемого объекта. На втором этапе в блоке 45 осуществляют переход от номера элементарной зоны привязки к координатам {X, Y} центра этой зоны. Эту операцию реализуют благодаря использованию априорной информации о координатах центров элементарных зон привязки, поступившей на информационные входы 46 блока 45 на подготовительном этапе. На выходах 47 блока 45 формируют данные о координатах подвижного охраняемого объекта, которые поступают в подсистему анализа и управления пункта 4.
Блок 40 тракта анализа 35 может быть выполнен на базе микропроцессора, например, К1810 ВМ86. Алгоритм его работы приведен на фиг.13. Реализация остальных элементов трудностей не вызывает.
Реализация M+1-го пеленгаторного пункта, реализующего угломерно-дальномерный способ местоопределения, трудностей не вызывает. На фиг.14 приведена структурная схема M+1-го пеленгаторного пункта, который содержит блок определения местоположения ЛПС 48, измеритель пространственных параметров 49, вычислитель 50, блок угловой ориентации ЛПС 51, блок управления 52, приемную и передающую антенны 53 и 54 соответственно, дуплексную радиостанцию 55, радиомодем 56 и блок индикации 57.
m
Работа M+1-го пеленгаторного пункта осуществляется следующим образом (см. фиг.14, 15). По команде центрального пункта контроля 4, поступившей через блоки 53, 55, 56, 52 на блок 57, носитель M+1-го пеленгаторного пункта 6 взлетает и направляется в заданный квадрат. В команде пункта 4 содержится вся необходимая отличительная информация о ПОО, подавшем сигнал тревоги. При подлете к заданному квадрату блок управления 52 формирует команду запроса "маячка" заданного ПОО, которая проходит через блоки 56, 55 и 54 и излучается. Возможная структура команды запроса рассмотрена выше. Радиомаяк на ПОО получив сигнал "Контроль", в течении t осуществляет его обработку и формирование ответа. После этого передатчик ПОО излучает ответный сигнал.
При приеме излучения ответного сигнала М+1-й пеленгаторный пункт измеряет следующие параметры:
i
задержку τ в приеме ответного сигнала с помощью блока 52;
i
i
пространственные параметры сигнала θ и β с помощью блока 49;
lps
lps
lps
i
местоположение ЛПС {B, L, H) с помощью блока 48;
lps
lps
lps
i
пространственную ориентацию ЛПС {k, l, ζ} с помощью блока 51.
i
m
i
i
i
i
i
Основная идея в высокоточном определении дальности d до ПОО лежит в реализации синхронного канала "контроль-ответ" и априорно известными частотой дискретизации сигнала и временем задержки в маячке t. Для измерения задержки τ целесообразно использовать временные отсчеты сигнала. Повышение точности определения τ на стороне M+1-го пеленгаторного пункта достигают применением удвоенной частоты дискретизации. Формирование сигнала "Контроль" осуществляют блоком управления 52, который через блоки 56, 55 и 54 излучают в эфир. Прием ответа от "маячка" ПОО блоком 52 может осуществляться двумя путями: через блоки 49 и 50 или 53, 55 и 56. Измерение задержки τ и пересчет в d осуществляет блок 52. Результаты измерений d поступают в вычислитель 50.
i
i
Измерение пространственных параметров сигнала передатчика ПОО осуществляют с помощью блока 49. Последний представляет собой фазовый интерферометр, аналогичный фазовому интерферометру стационарного пеленгаторного пункта 3 (см. фиг.11), дополненный преобразователем ППИП в пространственные параметры θ и β (см. фиг.16).
l,h
ν
эт
Блок 49 содержит измеритель первичных пространственно-информационных параметров 61 (по фиг.11), первое, второе и третье запоминающее устройства 60, 62 и 66 соответственно, блок формирования эталонных значений разностей фаз Δφ(f) 59, блок вычитания 63, умножитель 64, сумматор 65, блок определения азимута и угла места 67, входную установочную шину 58, первую 68 и вторую 69 группы информационных выходов, генератор синхроимпульсов 70.
На подготовительном этапе рассчитывают значения эталонных ППИП для используемых системой частот. Для этой цели вводят топологию антенной системы пеленгатора. Данные по топологии включают значения взаимных расстояний между антенными элементами решетки и ее ориентацию относительно оси симметрии борта ЛПС. Для этой цели возможно использование вектора, проходящего от второго антенного элемента в направлении первого антенного элемента (при кольцевой структуре антенной решетки и размещение последней под фюзеляжем ЛПС).
j
p
j
p
l,k,эт
ν
В процессе расчета эталонных ППИП моделируют размещение эталонного источника поочередно вокруг антенной решетки с дискретностью Δθ и Δβ на удалении нескольких длин волн. При этом полагают, что фронт приходящей волны плоский. Для каждого из угловых параметров Δθ, j=1, 2,…,J и Δβ, р=1, 2,…,Р вычисляют значения разностей фаз Δφ(f) для всех возможных комбинаций пар антенных элементов решетки и всех используемых частот ν:
где
j
p
l
l
l
h
h
h
l
h
расстояние между плоскими фронтами волн в l-ном и h-ном антенных элементах, пришедшие к решетки под углами Δθ в азимутальной и Δβ в угломестной плоскостях, l≠h, X, Y, Z и X, Y, Z координаты l-го и h-го антенных элементов решетки. В случае использования антенной решетки с плоским размещение антенных элементов Z=Z последнее выражение принимает вид:
l,h,эт
ν
Полученные блоком 59 результаты измерений эталонных значений ППИП Δφ(f) оформляют в виде эталонного массива данных, вариант представления информации в котором показан на фиг.17.
l,h,изм
ν
l,h,изм
ν
l,h
j
j
p
l,h,эт
ν
l,h,изм
ν
При приеме ответного сигнала от ПОО на заданной частоте v в блоке 61 формируется массив измеренных ППИП Δφ(f), структура представления информации в котором (см. фиг.18) аналогична выше рассмотренной на фиг.17. Для этого все измеренные значения Δφ(f) для всех сочетаний пар антенных элементов A для частоты ν оформляют в массив ППИП. Последовательно для всех направлений Δθ, j=1, 2,…,J, JΔθ=2π, и всех углов места Δβ, р=1, 2,…,Р, вычисляют разность между эталонными Δφ(f) и измеренными Δφ(f) ППИП (в блоке 63), которые возводят в квадрат (блок 64) и суммируют (блок 65) в соответствии с выражением
θ,β
ν
ν
l
p
l
θ,β
ν
θ,β
ν
θ,β
ν
j
p
На фиг.19 иллюстрируется порядок вычисления сумм K(f) на частоте f для θ и различных значений угла места β. Для каждого направления θ формируется вектор-столбец K(f) размерностью p из соответствующих значений K(f). Определение наиболее вероятного направления прихода радиосигнала в горизонтальной и угломестной плоскостях осуществляют путем поиска наименьшей суммы K(f) с помощью блока 67. На информационных выходах блока 67 формируют значения пространственных параметров сигнала Δθ и Δβ в системе координат антенной решетки. Генератор синхроимпульсов 70 обеспечивает синхронную работу всех элементов блока 49.
Реализация элементов блока 49 известна и трудностей не вызывает. Блок измерения первичных пространственно-информационных параметров 61 выполняют по схеме, аналогичной стационарным пеленгаторным пунктам 3 (см. фиг.11) за исключением блоков 25, 26, 27 и 28. При этом функцию блока 24 выполняет генератор синхроимпульсов 70.
Первое, второе и третье запоминающие устройства 60, 61 и 62 соответственно представляют из себя буферные запоминающие устройства (см. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник / А.Ю.Гордеев и др. - М.: Радио и связь, 1990. - 288 с.).
Блок вычитания 63 и сумматор 65 реализуют по известной схеме (см. Рэд. Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.).
Умножитель 64 реализует операцию возведения в квадрат, а его выполнение освещено в книге Рэд. Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.
l,h,j,p,эт
ν
j
p
j
p
Блок формирования эталонного набора первичных пространственно-информационных параметров 59 предназначен для создания таблиц эталонных значений разностей фаз Δφ(f) различных пар антенных элементов l, h=1, 2,…,R; l≠h, заданных частот V и различных направлений прихода сигнала с заданной дискретностью Δθ и Δβ, j=1, 2,…,J; J·Δθ=2π, p=1, 2,…,Р, Р·Δβ=π. На подготовительном этапе по входной установочной шине 58 (см. фиг.14, 16) задают следующие исходные данные:
min
max
сектор обработки по азимуту {θ, θ};
min
max
сектор обработки по углу места {β, β};
j
точность нахождения углового параметра Δθ;
p
точность нахождения угломестного параметра Δβ;
l,h
топологию размещения антенных элементов {d};
l,h
разнос антенных элементов в вертикальной плоскости {Z};
ν
ν
номиналы используемых частот f и ширину спектра сигнала Δf.
min
max
min
max
j
p
ν
j
p
l,h,эт
ν
Величины {θ, θ} и {β, β} зависят от местоположения антенной решетки относительно борта ЛПС. Точность нахождения угломерных параметров Δθ и Δβ определяются, в конечном счете, заданной точностью местоопределения. Задача блока 59 состоит в том, чтобы для данного пеленгатора, заданных частот f и заданной топологии антенной решетки с дискретностью по азимуту Δθ и углу места Δβ рассчитать идеальные (эталонные) значения разностей фаз для всех возможных пар антенных элементов Δφ(f).
Блок 59 может быть выполнен в виде автомата на базе высокопроизводительного 16-ти разрядного микропроцессора К1810ВМ86 (см. Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение: Справочное пособие - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.).
Реализация блока определения азимута и угла места 67 известна и широко освещена в литературе. Блок 67 предназначен для определения минимальной суммы квадратов невязок (см. выражение 9). Блок 67 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.).
lpsi
lpsi
lpsi
i
Блок определения местоположения 48 предназначен для измерения широты β, долготы L и высоты H нахождения ЛПС в момент времени t (момент измерения всех остальных параметров ЛПС и ПОО).
Данная функция может быть реализована с помощью GPS навигатора (см. GPS навигаторы 12, 12XL, 12CCX. Руководство пользователя. E-mail: admin@connect.ru).
i
lpsi
lpsi
lpsi
Блок угловой ориентации 51 предназначен для определения в момент выполнения измерений t угловой ориентации ЛПС: углов крена k, тангажа l и склонения ζ. Реализация блока 51 известна и широко освещена в литературе (см. Пат. РФ 2371733, МПК G01S 5/10. Способ определения угловой ориентации летательных аппаратов. Опубл. 27.10.2009; Пат. РФ 2185637, МПК7 G01S 5/00, 5/02; Пат. РФ 2105319, МПК6 G01S 5/00. Способ угловой ориентации объектов по сигналам космических аппаратов глобальных навигационных спутниковых систем. Опубл. 20.02.98, бюл. №5; Пат. РФ 2185637, МПК7 G01S 5/00, 5/02. Способ угловой ориентации объекта по сигналам спутниковых радионавигационных систем (варианты). Опубл. 20.07.2002, бюл. №20).
i
i
i
i
lps
lps
lps
i
i
lps
lps
lps
i
Вычислитель 50 предназначен для последовательного пересчета координат ПОО из системы координат антенной системы через координаты ЛПС, систему геоцентрических координат в географические координаты (см. фиг.8). На четвертую группу информационных входов с выходов блока 52 поступает значение дальности до ПОО d. На второй и третьей группах информационных входов блока 50 приходят результаты измерения пространственных параметров сигнала ПОО θ и β, полученные блоком 49. На первую группу информационных входов блока 50 поступает информация о местоположении ЛПС в момент времени t {B, L, H}. На пятую группу информационных входов блока 50 приходят результаты измерений (выполненных в момент времени t) угловой ориентации ЛПС {k, l, ζ} с выходов блока 51. По поступившим данным, полученным блоками 52, 49, 48 и 51, вычислитель 50 последовательно выполняет операции в соответствии с выражениями 3, 4 и 5.
Реализация блока трудностей не вызывает. Блок 50 может быть выполнен на базе специализированного микропроцессора TMS320c6416, алгоритм работы которого представлен на фиг.8.
i
i
Блок управления 52 предназначен для выделения управляющей информации, поступающей из центрального пункта контроля 4 путем ее демодуляции, декодирования и идентификации информационной части, ее запоминание (осуществляет ведение базы данных с отличительными признаками ПОО, поиск и сопровождение которого поручено M+1-му пеленгаторному пункту), периодическое формирование этому ПОО сигнала "Контроль", получение ответа от ПОО, измерение временного интервала τ между этими сигналами, определение дальности d до ПОО, по результатам местоопределения ПОО (в блоке 50) осуществляет формирование команд управления на перемещение оперативной группе, формирование информационного блока по результатам работы для пункта 4.
Реализация блока 52 трудностей не вызывает. Блок управления 52 может быть реализован на микропроцессоре TMS320c6416 совместно с блоком 50. Алгоритм работы блока 52 приведен на фиг.15.
Дуплексная радиостанция 55 и модем 56 реализуют аналогично соответствующим блока (26 и 25) стационарных пеленгаторных пунктов 3.
Реализация блока индикации 57 известна и трудностей не вызывает (см. Быстров А.Ю. и др. Сто схем с индикаторами / Быстров А.Ю. и др. - М.: Радио и связь. 1998. - 128 с.). В качестве блока 57 может быть использован монитор, например SyncMaster 940n.
Подсистема местоопределения центрального пункта контроля 4 (см. фиг.12) содержит М передающих антенн 29, М приемных антенн 30, генераторы синхроимпульсов 33 и М первых групп установочных входов.