RU2567114C1 - System for measuring coordinates of navigation object - Google Patents

System for measuring coordinates of navigation object Download PDF

Info

Publication number
RU2567114C1
RU2567114C1 RU2014118209/07A RU2014118209A RU2567114C1 RU 2567114 C1 RU2567114 C1 RU 2567114C1 RU 2014118209/07 A RU2014118209/07 A RU 2014118209/07A RU 2014118209 A RU2014118209 A RU 2014118209A RU 2567114 C1 RU2567114 C1 RU 2567114C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
navigation
navigation object
input
frequency
signals
Prior art date
Application number
RU2014118209/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Васильевич Шеболков
Игорь Георгиевич Дорух
Александр Викторович Демьяненко
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Азовский оптико-механический завод" (ОАО "АОМЗ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Азовский оптико-механический завод" (ОАО "АОМЗ") filed Critical Открытое акционерное общество "Азовский оптико-механический завод" (ОАО "АОМЗ")
Priority to RU2014118209/07A priority Critical patent/RU2567114C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2567114C1 publication Critical patent/RU2567114C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: physics, navigation.
SUBSTANCE: invention relates to radio navigation and can be used in local navigation systems and networks to control movement of mobile objects in local navigation areas. The system includes two high-frequency harmonic signal transmitters with a common transmitting antenna mounted on the navigation object, three receivers for said signals with receiving antennae mounted at reference radio navigation points with known coordinates, three measurement channels (differential frequency forming channels), three phase detectors, three analogue-to-digital converters and a navigation object coordinate computer. Each measurement channel includes a balance mixer, a narrow-band filter, a limiting amplifier and a resonance amplifier, connected in series.
EFFECT: high accuracy of locating a navigation object and noise-immunity of the system.
2 dwg

Description

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано в локальных навигационных системах и сетях для управления движением мобильных объектов в локальных зонах навигации.The invention relates to radio navigation and can be used in local navigation systems and networks to control the movement of mobile objects in local navigation areas.

Известна система для определения местоположения движущегося по дорогам транспортного средства (Road vehicle locating system) [Международная заявка РСТ N89/12835: G018 5/02, G08G 1/12 (UK, заявл. 17.06.88, опубл. 28.12.89)], содержащая приемник сигналов, размещенный на центральной станции, навигационное устройство, размещенное на движущемся объекте, и передающий блок типа радиотелефона, соединенный с навигационным устройством.A known system for determining the location of a vehicle moving on roads (Road vehicle locating system) [International application PCT N89 / 12835: G018 5/02, G08G 1/12 (UK, application. 17.06.88, publ. 28.12.89)], comprising a signal receiver located at a central station, a navigation device located on a moving object, and a transmitting unit such as a radiotelephone connected to the navigation device.

Приемник является существенным признаком и заявляемой системы.The receiver is an essential feature of the claimed system.

Причиной, препятствующей достижению в этом аналоге технического результата, обеспечиваемого изобретением, является относительно низкая точность определения координат, так как координаты определяются навигационным устройством на основе данных радиомаяков, которые недостаточно точны.The reason hindering the achievement in this analogue of the technical result provided by the invention is the relatively low accuracy of determining the coordinates, since the coordinates are determined by the navigation device based on data from beacons that are not accurate enough.

Известна также защищенная патентом РФ №2013785 кл. G01S 13/00, 1994 система определения местоположения подвижных объектов, содержащая центральный пункт, не менее четырех приемных пунктов, М передатчиков, приемные и передающие антенны, блоки измерения задержки, приемники.Also known is protected by a patent of the Russian Federation No. 20133785 class. G01S 13/00, 1994 a system for determining the location of moving objects, containing a central point, at least four receiving points, M transmitters, receiving and transmitting antennas, delay measurement units, receivers.

Передатчики и приемники являются существенными признаками и заявляемой системы.Transmitters and receivers are essential features of the claimed system.

Причиной, препятствующей достижению в этом аналоге технического результата, обеспечиваемого изобретением, является сложность реализации системы, что обусловлено большим объемом оборудования и необходимостью использования достаточно сложной системы единого времени.The reason that impedes the achievement in this analogue of the technical result provided by the invention is the complexity of the system, which is due to the large amount of equipment and the need to use a fairly complex system of single time.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой (прототипом) является обращенная разностно-дальномерная радионавигационная система [Кинкулькин И.Е., Рубцов В.Д., Фабрик М.А. Фазовый метод определения координат. - М.: Советское радио, 1979, с.97-100].The closest in technical essence to the claimed (prototype) is the reversed differential-range radio navigation system [Kinkulkin I.E., Rubtsov V.D., Fabrik M.A. Phase method for determining coordinates. - M.: Soviet Radio, 1979, S. 97-100].

Эта система содержит четыре передатчика высокочастотных гармонических сигналов и не менее пяти приемников этих сигналов. Один из передатчиков установлен на подвижном объекте навигации, второй - на неподвижном объекте, остальные передатчики и приемники установлены в опорных навигационных точках с известными координатами.This system contains four transmitters of high-frequency harmonic signals and at least five receivers of these signals. One of the transmitters is installed on a moving object of navigation, the second - on a fixed object, the rest of the transmitters and receivers are installed at reference navigation points with known coordinates.

Передатчики высокочастотных гармонических сигналов и их приемники являются существенными признаками и заявляемой системы.Transmitters of high-frequency harmonic signals and their receivers are essential features of the claimed system.

Причиной, препятствующей обеспечению в системе-прототипе технического результата, обеспечиваемого изобретением, является то обстоятельство, что координаты неподвижного передатчика всегда определяются с определенной погрешностью, что приводит к снижению точности измерения координат объекта навигации.The reason that impedes the technical result provided by the invention in the prototype system is the fact that the coordinates of the stationary transmitter are always determined with a certain error, which leads to a decrease in the accuracy of measuring the coordinates of the navigation object.

Еще одной причиной, препятствующей достижению в системе-прототипе технического результата, обеспечиваемого изобретением, является необходимость непрерывного излучения сигнала неподвижным передатчиком. Это ухудшает условия электромагнитной совместимости аппаратуры системы. Возникает необходимость приема и передачи двух сигналов с близкими частотами, что ухудшает условия обеспечения информационной безопасности аппаратуры системы и облегчает возможность подавления ее работы потенциальным злоумышленником. Указанные обстоятельства существенно снижают помехозащищенность системы.Another reason that impedes the achievement of the technical result provided by the invention in the prototype system is the need for continuous signal emission by a fixed transmitter. This worsens the conditions of electromagnetic compatibility of the system equipment. There is a need to receive and transmit two signals with close frequencies, which worsens the conditions for ensuring the information security of the system equipment and facilitates the possibility of suppressing its work by a potential attacker. These circumstances significantly reduce the noise immunity of the system.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности определения местоположения объекта навигации и помехозащищенности системы.The technical problem to which the invention is directed is to increase the accuracy of determining the location of the navigation object and the noise immunity of the system.

Для достижения указанного технического результата в известную систему, содержащую первый передатчик высокочастотного гармонического сигнала, установленный на объекте навигации, второй передатчик высокочастотного гармонического сигнала, отличающийся по частоте от первого, и три приемника этих сигналов, установленных в опорных радионавигационных точках с известными координатами, второй передатчик установлен, как и первый, на объекте навигации, при этом оба передатчика подключены к общей антенне и в систему дополнительно введены три измерительных канала (каналы формирования разностной частоты), каждый из которых содержит последовательно включенные балансный смеситель, узкополосный фильтр, усилитель-ограничитель и резонансный усилитель, три фазовых детектора, три аналого-цифровых преобразователя и вычислитель координат объекта навигации, выходы первого, второго и третьего приемников соединены с обоими входами балансного смесителя соответственно первого, второго и третьего измерительных каналов, первый вход первого фазового детектора соединен со вторым входом третьего фазового детектора и выходом первого измерительного канала, второй вход первого фазового детектора соединен с первым входом второго фазового детектора и выходом второго измерительного канала, а первый вход третьего фазового детектора соединен со вторым входом второго фазового детектора и выходом третьего измерительного канала, а каждый из аналого-цифровых преобразователей включен между выходом соответствующего фазового детектора и соответствующим входом вычислителя координат объекта навигации.To achieve the specified technical result in a known system containing a first transmitter of a high-frequency harmonic signal installed on the navigation object, a second transmitter of a high-frequency harmonic signal that differs in frequency from the first, and three receivers of these signals installed in reference radio navigation points with known coordinates, a second transmitter installed, like the first, on the navigation object, while both transmitters are connected to a common antenna and three and measuring channels (differential frequency generating channels), each of which contains a series-balanced balance mixer, a narrow-band filter, an amplifier-limiter and a resonant amplifier, three phase detectors, three analog-to-digital converters and a calculator of coordinates of the navigation object, outputs of the first, second and third receivers connected to both inputs of the balanced mixer of the first, second and third measuring channels, respectively, the first input of the first phase detector is connected to the second input of of the second phase detector and the output of the first measuring channel, the second input of the first phase detector is connected to the first input of the second phase detector and the output of the second measuring channel, and the first input of the third phase detector is connected to the second input of the second phase detector and the output of the third measuring channel, each of which is analog -digital converters is connected between the output of the corresponding phase detector and the corresponding input of the calculator of coordinates of the navigation object.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведены:The invention is illustrated in the drawing, which shows:

на фиг. 1 - структурная схема предлагаемой системы;in FIG. 1 is a structural diagram of the proposed system;

на фиг. 2 - взаимное расположение объекта навигации и опорных радионавигационных точек с приемниками.in FIG. 2 - the relative position of the navigation object and the reference radio navigation points with receivers.

Система для измерения координат объекта навигации содержит два расположенных на объекте навигации передатчика 1.1 и 1.2 высокочастотных гармонических сигналов с общей передающей антенной 2, три приемника 3.1, 3.2 и 3.3 этих сигналов с приемными антеннами 4.1, 4.2 и 4.3, установленных в опорных радионавигационных точках с известными координатами, три измерительных канала (каналы формирования разностной частоты), три фазовых детектора 5.1, 5.2 и 5.3, три аналого-цифровых преобразователя 6.1, 6.2 и 6.3 и вычислитель 7 координат объекта навигации.The system for measuring the coordinates of the navigation object contains two high-frequency harmonic signals located at the navigation object 1.1 and 1.2 with a common transmitting antenna 2, three receivers 3.1, 3.2 and 3.3 of these signals with receiving antennas 4.1, 4.2 and 4.3, installed in reference radio navigation points with known coordinates, three measuring channels (differential frequency generation channels), three phase detectors 5.1, 5.2 and 5.3, three analog-to-digital converters 6.1, 6.2 and 6.3 and a calculator of 7 coordinates of the navigation object.

Каждый из измерительных каналов содержит последовательно включенные балансный смеситель 8.i

Figure 00000001
, узкополосный фильтр 9.i
Figure 00000002
, усилитель-ограничитель 10.i
Figure 00000003
и резонансный усилитель 11.i
Figure 00000004
. Выходы каждого из приемников 3.i соединены с обоими входами соответствующего балансного смесителя 8.i. Первый вход фазового детектора 5.1 соединен со вторым входом фазового детектора 5.3 и выходом первого измерительного канала, второй вход фазового детектора 5.1 соединен с первым входом фазового детектора 5.2 и выходом второго измерительного канала, а первый вход фазового детектора 5.3 соединен со вторым входом фазового детектора 5.2 и выходом третьего измерительного канала. Каждый из аналого-цифровых преобразователей 6.i включен между выходом соответствующего фазового детектора 5.i и соответствующим входом вычислителя 7.Each of the measuring channels contains a balanced mixer 8.i in series.
Figure 00000001
, narrowband filter 9.i
Figure 00000002
limiting amplifier 10.i
Figure 00000003
and resonant amplifier 11.i
Figure 00000004
. The outputs of each of the receivers 3.i are connected to both inputs of the corresponding balanced mixer 8.i. The first input of the phase detector 5.1 is connected to the second input of the phase detector 5.3 and the output of the first measuring channel, the second input of the phase detector 5.1 is connected to the first input of the phase detector 5.2 and the output of the second measuring channel, and the first input of the phase detector 5.3 is connected to the second input of the phase detector 5.2 and the output of the third measuring channel. Each of the analog-to-digital converters 6.i is connected between the output of the corresponding phase detector 5.i and the corresponding input of the calculator 7.

Функционирование системы поясняется фиг. 2, на которой показаны мобильный объект навигации (МО) с передатчиками 1.1 и 1.2 и общей передающей антенной 2, опорные радионавигационные точки ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3 с приемниками 3.1, 3.2 и 3.3 и приемными антеннами 4.1, 4.2 и 4.3 расположены в точках с известными координатами X1 и Y1, Х2 и Y2 и Х3 и Y3 соответственно. Там же показаны расстояния D1, D2 и D3 между объектом навигации и опорными радионавигационными точками, а также направление N на север.The operation of the system is illustrated in FIG. 2, which shows a mobile navigation object (MO) with transmitters 1.1 and 1.2 and a common transmitting antenna 2, the reference radio navigation points ORT1, ORT2 and ORT3 with receivers 3.1, 3.2 and 3.3 and receiving antennas 4.1, 4.2 and 4.3 are located at points with known coordinates X 1 and Y 1 , X 2 and Y 2 and X 3 and Y 3, respectively. It also shows the distances D 1 , D 2 and D 3 between the navigation object and the reference radio navigation points, as well as the direction N to the north.

Передатчики 1.1 и 1.2 генерируют высокочастотные гармонические сигналы с частотами ω0 и ω1 соответственно. С помощью общей антенны 2 в направлении точек ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3 излучается сумма этих двух сигналов:Transmitters 1.1 and 1.2 generate high-frequency harmonic signals with frequencies ω 0 and ω 1, respectively. Using a common antenna 2 in the direction of the points ORT1, ORT2 and ORT3, the sum of these two signals is emitted:

Figure 00000005
Figure 00000005

Эти сигналы имеют одинаковые амплитуды А и случайные начальные фазы φ0 и φ1.These signals have the same amplitudes A and random initial phases φ 0 and φ 1 .

С помощью приемников 3.1, 3.2 и 3.3 с антеннами 4.1, 4.2 и 4.3 эти сигналы принимаются в точках ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3, находящихся на расстояниях D1, D2 и D3 от объекта навигации соответственно:Using receivers 3.1, 3.2 and 3.3 with antennas 4.1, 4.2 and 4.3, these signals are received at points ORT1, ORT2 and ORT3, located at distances D 1 , D 2 and D 3 from the navigation object, respectively:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

где С=3·108 м/с - скорость распространения радиоволн в атмосфере.where C = 3 · 10 8 m / s is the propagation velocity of radio waves in the atmosphere.

Принятые сигналы поступают на входы измерительных каналов (каналов формирования разностных частот).The received signals are fed to the inputs of the measuring channels (channels for the formation of differential frequencies).

Каждый из измерительных каналов представляет собой совокупность последовательно включенных балансного смесителя 8.i

Figure 00000009
, узкополосного фильтра 9.i
Figure 00000010
и усилителя-ограничителя 10.i
Figure 00000011
.Each of the measuring channels is a set of series-connected balanced mixer 8.i
Figure 00000009
, narrowband filter 9.i
Figure 00000010
and limiting amplifier 10.i
Figure 00000011
.

Сигнал Si(t) поступает на оба входа балансного смесителя 8.i

Figure 00000012
. В нем сигнал, по сути, возводится в квадрат, и на выходе смесителя 8.i
Figure 00000013
получим:The signal S i (t) is supplied to both inputs of the balanced mixer 8.i
Figure 00000012
. In it, the signal, in fact, is squared, and at the output of the mixer 8.i
Figure 00000013
we get:

Figure 00000014
Figure 00000014

Таким образом, на выходе балансного смесителя формируются сигнал нулевой частоты (постоянная составляющая

Figure 00000015
), три высокочастотных гармонических сигнала с частотами, равными 2ω0, 2ω1 и (ω0+ω1), а также гармонический сигнал с разностной частотой ωp=(ω0-ω1).Thus, at the output of the balanced mixer, a signal of zero frequency (constant component
Figure 00000015
), three high-frequency harmonic signals with frequencies equal to 2ω 0 , 2ω 1 and (ω 0 + ω 1 ), as well as a harmonic signal with a difference frequency ω p = (ω 0 -ω 1 ).

Узкополосный фильтр 9.i

Figure 00000016
настроен на разностную частоту ωp. Постоянная составляющая
Figure 00000017
, как и высокочастотные составляющие с частотами 2ω0, 2ω1 и (ω0+ω1), подавляются этим фильтром, а сигнал разностной частоты проходит через этот фильтр, усилитель-ограничитель 10.i
Figure 00000018
и резонансный усилитель 11.i
Figure 00000019
проходит на выход измерительного канала. Усилитель-ограничитель 10.i
Figure 00000020
и резонансный усилитель 11.i
Figure 00000021
осуществляют нормирование сигналов разностной частоты, сохраняя их гармоническими и устраняя в то же время зависимость их амплитуды от расстояния между мобильным объектом и радионавигационными точками.Narrow Band Filter 9.i
Figure 00000016
tuned to the difference frequency ω p . Constant component
Figure 00000017
, as well as high-frequency components with frequencies 2ω 0 , 2ω 1 and (ω 0 + ω 1 ), are suppressed by this filter, and the difference frequency signal passes through this filter, limiting amplifier 10.i
Figure 00000018
and resonant amplifier 11.i
Figure 00000019
goes to the output of the measuring channel. Surge Amplifier 10.i
Figure 00000020
and resonant amplifier 11.i
Figure 00000021
carry out the normalization of difference frequency signals, keeping them harmonic and eliminating at the same time the dependence of their amplitude on the distance between the mobile object and the radio navigation points.

Таким образом, на выходах измерительных каналов в каждой из радионавигационных точек ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3 сформируются гармонические сигналы разностной частоты ωp с постоянной амплитудой:Thus, at the outputs of the measuring channels in each of the radio navigation points ORT1, ORT2 and ORT3, harmonic signals of the difference frequency ω p with constant amplitude are formed:

Figure 00000022
Figure 00000022

Figure 00000023
Figure 00000023

Figure 00000024
Figure 00000024

Эти сигналы сдвинуты по фазе один относительно другого на величины

Figure 00000025
,
Figure 00000026
и
Figure 00000027
, которые определяются расстояниями D1, D2 и D3 соответственно.These signals are phase shifted relative to each other by magnitudes
Figure 00000025
,
Figure 00000026
and
Figure 00000027
which are determined by the distances D 1 , D 2 and D 3, respectively.

Сигналы разностных частот по проводам передаются в центральный приемный пункт, где установлены фазовые детекторы 5.1, 5.2, 5.3, аналого-цифровые преобразователи 6.1, 6.2, 6.3 и вычислитель 7 координат объекта навигации.The difference frequency signals are transmitted by wire to the central receiving point, where phase detectors 5.1, 5.2, 5.3, analog-to-digital converters 6.1, 6.2, 6.3 and a calculator 7 of the coordinates of the navigation object are installed.

В качестве центрального приемного пункта в принципе может быть использована, например, одна из опорных радионавигационных точек. Примем для определенности, что территориально центральный приемный пункт находится в точке ОРТ2.As a central reception point, in principle, one of the reference radio navigation points can be used. For definiteness, we assume that the territorially central reception point is located at the point ORT2.

В этих условиях на центральном приемном пункте принимаются три следующих сигнала:Under these conditions, the following three signals are received at the central reception point:

1) сигнал с выхода первого измерительного канала1) the signal from the output of the first measuring channel

Figure 00000028
Figure 00000028

Он отличается от сигнала

Figure 00000029
амплитудой и дополнительным фазовым сдвигом
Figure 00000030
, который обусловлен прохождением расстояния R21, разделяющего ОРТ1 и центральный приемный пункт (в данном случае точку ОРТ2).It is different from the signal
Figure 00000029
amplitude and additional phase shift
Figure 00000030
, which is due to the passage of the distance R 21 separating ORT1 and the central receiving point (in this case, the point ORT2).

Этот сигнал можно представить в следующем виде:This signal can be represented as follows:

Figure 00000031
,
Figure 00000031
,

где

Figure 00000032
;Where
Figure 00000032
;

2) сигнал с выхода второго измерительного канала, непосредственно сформированный в точке ОРТ2 (центральном приемном пункте)2) the signal from the output of the second measuring channel, directly generated at the point ORT2 (central receiving point)

Figure 00000033
.
Figure 00000033
.

В данном случае дополнительный фазовый сдвиг отсутствует, поскольку расстояние между точкой ОРТ2 и центральным приемным пунктом равно нулю.In this case, there is no additional phase shift, since the distance between the point OPT2 and the central receiving point is zero.

Этот сигнал также можно представить в видеThis signal can also be represented as

Figure 00000034
,
Figure 00000034
,

где

Figure 00000035
;Where
Figure 00000035
;

3) сигнал с выхода третьего измерительного канала:3) the signal from the output of the third measuring channel:

Figure 00000036
.
Figure 00000036
.

Этот сигнал по аналогии также можно записать в виде:By analogy, this signal can also be written as:

Figure 00000037
,
Figure 00000037
,

где

Figure 00000038
.Where
Figure 00000038
.

Найдем разность фаз Δψ21=ψ22-ψ21 сигналов S22(t) и S21(t) и разность фаз Δψ23=ψ22-ψ23 сигналов S22(t) и S23(t):Find the phase difference Δψ 21 = ψ 22 -ψ 21 of the signals S 22 (t) and S 21 (t) and the phase difference Δψ 23 = ψ 22 -ψ 23 of the signals S 22 (t) and S 23 (t):

Figure 00000039
,
Figure 00000039
,

Figure 00000040
.
Figure 00000040
.

Из этих выражений следует, что в этих разностях отсутствуют случайные фазовые сдвиги φ0 и φ1.From these expressions it follows that in these differences there are no random phase shifts φ 0 and φ 1 .

Исключив из последних выражений для Δψ21 и Δψ23 известные фазовые сдвиги

Figure 00000041
и
Figure 00000042
, получим окончательные выражения для расчета неизвестных координат объекта навигации - разности Δφ21 фаз сигналов разностной частоты, сформированных вторым и первым измерительными каналами, а также для расчета разности Δφ23 сигналов разностной частоты, сформированных вторым и третьим измерительными каналами:Excluding the known phase shifts from the last expressions for Δψ 21 and Δψ 23
Figure 00000041
and
Figure 00000042
, we obtain the final expressions for calculating the unknown coordinates of the navigation object - the difference Δφ of 21 phases of the difference frequency signals generated by the second and first measuring channels, as well as to calculate the difference Δφ of 23 difference-frequency signals generated by the second and third measuring channels:

Figure 00000043
,
Figure 00000043
,

Figure 00000044
.
Figure 00000044
.

Таким образом, величина Δφ21 представляет собой разность фаз сигналов разностной частоты между второй и первой опорными точками, а величина Δφ23 - между второй и третьей опорными точками. Указанные разности фаз однозначно соответствуют разностям дальностей D2-D1 и D2-D3 соответственно.Thus, Δφ 21 is the phase difference of the difference frequency signals between the second and first reference points, and Δφ 23 is between the second and third reference points. The indicated phase differences uniquely correspond to the differences of the ranges D 2 -D 1 and D 2 -D 3 respectively.

Это позволяет сделать вывод, что по результатам измерений параметров Δφ21 и Δφ23 могут быть рассчитаны величины D1, D2 и D3 - расстояния между объектом навигации и опорными радионавигационными точками, а следовательно, и координаты объекта навигации.This allows us to conclude that, according to the results of measurements of the parameters Δφ 21 and Δφ 23 , the values of D 1 , D 2 and D 3 can be calculated - the distances between the navigation object and reference radio navigation points, and therefore the coordinates of the navigation object.

Измерение разностей фаз сигналов на выходах измерительных каналов в центральном приемном пункте осуществляется с помощью фазовых детекторов 5.1, 5.2 и 5.3. Результаты измерений с помощью аналого-цифровых преобразователей 6.1, 6.2 и 6.3 преобразуются в цифровую форму и передаются в вычислитель 7 для пересчета результатов измерения в координаты объекта навигации.The measurement of phase differences of the signals at the outputs of the measuring channels in the Central receiving point is carried out using phase detectors 5.1, 5.2 and 5.3. The measurement results using analog-to-digital converters 6.1, 6.2 and 6.3 are converted to digital form and transmitted to the calculator 7 to convert the measurement results to the coordinates of the navigation object.

Ниже приведен алгоритм пересчета результатов измерения разности фаз сигналов разностной частоты в координаты объекта навигации.Below is the algorithm for converting the results of measuring the phase difference of the signals of the differential frequency into the coordinates of the navigation object.

Исходными данными для расчета являются:The initial data for the calculation are:

- разность Δφ21 фаз сигналов разностной частоты для первой и второй радионавигационных точек;- the difference Δφ of 21 phases of the signals of the differential frequency for the first and second radio navigation points;

- разность Δφ23 фаз сигналов разностной частоты для третьей и второй радионавигационных точек.- the difference Δφ of 23 phases of the signals of the differential frequency for the third and second radio navigation points.

Кроме того, в расчете используются следующие константы:In addition, the following constants are used in the calculation:

- значение первой высокой частоты ω0;- the value of the first high frequency ω 0 ;

- значение второй высокой частоты ω1;- the value of the second high frequency ω 1 ;

- скорость распространения радиоволн в атмосфере С;- the propagation velocity of radio waves in the atmosphere C;

- расстояние между первой и второй опорными радионавигационными точками R21;- the distance between the first and second reference radio navigation points R 21 ;

- расстояние между третьей и второй опорными радионавигационными точками R23.- the distance between the third and second reference radio navigation points R 23 .

Порядок расчета следующий.The calculation procedure is as follows.

1) Вычисляются разности расстояний от объекта навигации до опорных точек1) The differences of distances from the navigation object to the reference points are calculated

Figure 00000045
;
Figure 00000045
;

Figure 00000046
.
Figure 00000046
.

Здесь D1, D2, D3 - расстояния от объекта навигации (МО) до ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3 - опорных радионавигационных точек в соответствии с фиг. 2.Here, D 1 , D 2 , D 3 are the distances from the navigation object (MO) to ORT1, ORT2 and ORT3, which are reference radio navigation points in accordance with FIG. 2.

2) Нормируются величины ΔD21 и ΔD23 по длинам базовых линий и вычисляется параметр γ:2) The values ΔD 21 and ΔD 23 are normalized by the lengths of the baselines and the parameter γ is calculated:

Figure 00000047
Figure 00000047

3) Определяются постоянные параметры:3) Constant parameters are determined:

а=α21-α23; b=γ·Δd23-Δd21, a = α 21 -α 23 ; b = γ Δd 23 -Δd 21 ,

где α21 - угол между направлением на север и базовой линией R21;where α 21 is the angle between the north direction and the baseline R 21 ;

α23 - угол между направлением на север и базовой линией R23.α 23 - the angle between the north direction and the base line R 23 .

4) Составляется уравнение для расчета угла β23 между базовой линией R23 и направлением на объект навигации:4) An equation is compiled to calculate the angle β 23 between the base line R 23 and the direction of the navigation object:

Cos(а-β23)-γ·Cosβ23=bCos ( a- β 23 ) -γ Cosβ 23 = b

Это уравнение решается относительно угла β23 каким-либо из итерационных методов, например методом деления отрезка пополам.This equation is solved with respect to the angle β 23 by any of the iterative methods, for example, by dividing a segment in half.

5) Вычисляются координаты объекта навигации в местной прямоугольной системе координат, начало которой находится в точке ОРТ2:5) The coordinates of the navigation object in the local rectangular coordinate system, the origin of which is at the point ORT2, are calculated:

Figure 00000048
Figure 00000048

Figure 00000049
Figure 00000049

При необходимости координаты объекта навигации пересчитываются в исходную прямоугольную систему координат:If necessary, the coordinates of the navigation object are converted to the original rectangular coordinate system:

Figure 00000050
Figure 00000050

Figure 00000051
Figure 00000051

Таким образом, в предлагаемой системе исключена присущая системе-прототипу составляющая погрешности, обусловленная неточностью определения координат неподвижного передатчика второго гармонического высокочастотного сигнала. В предлагаемой системе оба передатчика размещены на мобильном объекте, и для излучения сигналов используется одна и та же антенна, вследствие чего устраняется причина возникновения рассматриваемой дополнительной составляющей погрешности при измерении координат мобильного объекта. Следовательно, точность измерения координат в предлагаемой системе выше, чем в прототипе.Thus, the proposed system eliminates the inherent component of the prototype error component due to the inaccuracy of determining the coordinates of the stationary transmitter of the second harmonic high-frequency signal. In the proposed system, both transmitters are located on a mobile object, and the same antenna is used to emit signals, thereby eliminating the cause of the considered additional error component when measuring the coordinates of a mobile object. Therefore, the accuracy of the measurement of coordinates in the proposed system is higher than in the prototype.

Кроме того, в предлагаемой системе отсутствует необходимость в непрерывном излучении второго гармонического сигнала, поскольку он может излучаться лишь в промежутки времени, достаточные для измерения разности фаз сигналов разностной частоты. Это время не превышает долей миллисекунды. Малое время излучения сигнала затрудняет его обнаружение, а следовательно, и подавление потенциальным злоумышленником. Это значительно повышает помехоустойчивость заявляемой системы по сравнению с прототипом.In addition, in the proposed system there is no need for continuous emission of the second harmonic signal, since it can only be emitted at time intervals sufficient to measure the phase difference of the signals of the difference frequency. This time does not exceed fractions of a millisecond. The short radiation time of the signal makes it difficult to detect, and, therefore, suppression by a potential attacker. This significantly increases the noise immunity of the claimed system compared to the prototype.

Техническая реализация системы не вызывает затруднений.The technical implementation of the system is straightforward.

Для реализации высокочастотных сигналов может быть выбран диапазон 1200-1400 МГц. В этом диапазоне легко обеспечить выполнение условия узкополосности при передаче и приеме двух сигналов и одновременно избежать больших потерь энергии радиосигналов в атмосфере.For the implementation of high-frequency signals, a range of 1200-1400 MHz can be selected. In this range, it is easy to satisfy the narrow-band condition when transmitting and receiving two signals and at the same time to avoid large energy losses of radio signals in the atmosphere.

В качестве передатчиков 1.1 и 1.2 сигнала могут быть использованы интегральные СВЧ-усилители типа 8РР51222, к входам которых подключены синтезаторы частоты типа ADF4360-5.Integrated microwave amplifiers of type 8РР51222, to the inputs of which frequency synthesizers of type ADF4360-5 can be used as transmitters 1.1 and 1.2 of the signal.

В качестве антенны 2 может использовать полуволновый вибратор, к входу которого подключен микрополосковый сумматор с двумя входами.As the antenna 2 can use a half-wave vibrator, the input of which is connected to a microstrip adder with two inputs.

В качестве приемников 3.1, 3.2 и 3.3 сигнала можно использовать СВЧ-усилители типа SPF5122Z.As receivers 3.1, 3.2 and 3.3 of the signal, microwave amplifiers of the SPF5122Z type can be used.

В качестве приемных антенн 4.1, 4.2 и 4.3 используются полуволновые вибраторы.As receiving antennas 4.1, 4.2 and 4.3, half-wave vibrators are used.

В качестве фазовых детекторов 5.1, 5.2 и 5.3 микросхема типа SYPD-1.As phase detectors 5.1, 5.2 and 5.3 chip type SYPD-1.

В качестве аналого-цифровых преобразователей 6.1, 6.2 и 6.3 и качестве вычислителя 7 микросхема STM32F407, содержащая два встроенных 12-ти разрядных аналого-цифровых преобразователя и 16-ти разрядный микропроцессор.As analog-to-digital converters 6.1, 6.2 and 6.3 and as a calculator 7, the STM32F407 chip contains two built-in 12-bit analog-to-digital converters and a 16-bit microprocessor.

Балансные смесители 8.i могут быть реализованы на транзисторах BFP620.8.i balanced mixers can be implemented on BFP620 transistors.

Узкополосный фильтр 9.i может быть реализован на микрополосковых линиях.The narrow-band filter 9.i can be implemented on microstrip lines.

В качестве усилителя-ограничителя 10.i можно использовать логарифмический усилитель AD8309.As a limiting amplifier 10.i, you can use the AD8309 logarithmic amplifier.

В качестве резонансного усилителя можно использовать активный полосовой фильтр второго порядка на операционном усилителе AD797ANZ.As a resonant amplifier, you can use an active second-order bandpass filter on the operational amplifier AD797ANZ.

Claims (1)

Система для измерения координат объекта навигации, содержащая первый передатчик высокочастотного гармонического сигнала, установленный на объекте навигации, второй передатчик высокочастотного гармонического сигнала, отличающийся по частоте от первого, и три приёмника этих сигналов, установленных в опорных радионавигационных точках с известными координатами, отличающаяся тем, что второй передатчик установлен, как и первый, на объекте навигации, при этом оба передатчика подключены к общей антенне, в систему введены три измерительных канала (каналы формирования разностной частоты), каждый из которых содержит последовательно включённые балансный смеситель, узкополосный фильтр, усилитель-ограничитель и резонансный усилитель, три фазовых детектора, три аналого-цифровых преобразователя и вычислитель координат объекта навигации, выходы первого, второго и третьего приёмников соединены с обоими входами балансного смесителя соответственно первого, второго и третьего измерительных каналов, первый вход первого фазового детектора соединён со вторым входом третьего фазового детектора и выходом первого измерительного канала, второй вход первого фазового детектора соединён с первым входом второго фазового детектора и выходом второго измерительного канала, а первый вход третьего фазового детектора соединён со вторым входом второго фазового детектора и выходом третьего измерительного канала, а каждый из аналого-цифровых преобразователей включён между выходом соответствующего фазового детектора и соответствующим входом вычислителя координат объекта навигации. A system for measuring the coordinates of a navigation object, comprising a first transmitter of a high-frequency harmonic signal mounted on a navigation object, a second transmitter of a high-frequency harmonic signal that differs in frequency from the first, and three receivers of these signals installed in reference radio navigation points with known coordinates, characterized in that the second transmitter is installed, like the first, on the navigation object, while both transmitters are connected to a common antenna, three measuring analogs (differential frequency generation channels), each of which contains a balanced mixer, a narrow-band filter, a limiting amplifier and a resonant amplifier, three phase detectors, three analog-to-digital converters and a coordinate calculator for the navigation object, the outputs of the first, second and third receivers are connected with both inputs of the balanced mixer of the first, second and third measuring channels, respectively, the first input of the first phase detector is connected to the second input of the third phase about the detector and the output of the first measuring channel, the second input of the first phase detector is connected to the first input of the second phase detector and the output of the second measuring channel, and the first input of the third phase detector is connected to the second input of the second phase detector and the output of the third measuring channel, and each of the analog digital converters are connected between the output of the corresponding phase detector and the corresponding input of the coordinate calculator of the navigation object.
RU2014118209/07A 2014-05-05 2014-05-05 System for measuring coordinates of navigation object RU2567114C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014118209/07A RU2567114C1 (en) 2014-05-05 2014-05-05 System for measuring coordinates of navigation object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014118209/07A RU2567114C1 (en) 2014-05-05 2014-05-05 System for measuring coordinates of navigation object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2567114C1 true RU2567114C1 (en) 2015-11-10

Family

ID=54536888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014118209/07A RU2567114C1 (en) 2014-05-05 2014-05-05 System for measuring coordinates of navigation object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2567114C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112034494A (en) * 2020-09-14 2020-12-04 航科院中宇（北京）新技术发展有限公司 System and method for calculating navigation point precision in aircraft flight navigation data

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2263927C2 (en) * 2004-01-14 2005-11-10 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" Method of evaluating parameters of trajectory of radio-frequency radiation sources in two-positioned passive goniometrical radar station
RU2265233C1 (en) * 2004-06-21 2005-11-27 ОАО "Научно-исследовательский институт "Стрела" Device for determination of coordinates
WO2006099800A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Wuhan University A passive channel adjustment method based on a non-linear antenna array
US7119732B1 (en) * 2005-12-01 2006-10-10 Raytheon Company Bistatic and multistatic system for space situational awareness
RU2285939C1 (en) * 2005-02-10 2006-10-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт измерительных приборов" (ОАО "НИИИП") Method for controlling airspace, irradiated by external radiation sources, and radiolocation station for realization of said method
US20070018884A1 (en) * 2005-07-08 2007-01-25 Raytheon Company Single transmit multi-receiver modulation radar, multi-modulation receiver and method
EP1925948A1 (en) * 2006-11-24 2008-05-28 Hitachi, Ltd. Radar apparatus and signal processing method
RU126474U1 (en) * 2012-10-18 2013-03-27 Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Аквамарин" PASSIVE RADIO ELECTRON COMPLEX FOR DETERMINING SPATIAL COORDINATES AND OBJECTS OF MOTION OF THE OBJECT BY ALGOMERIC AND POWER RADAR DATA

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2263927C2 (en) * 2004-01-14 2005-11-10 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" Method of evaluating parameters of trajectory of radio-frequency radiation sources in two-positioned passive goniometrical radar station
RU2265233C1 (en) * 2004-06-21 2005-11-27 ОАО "Научно-исследовательский институт "Стрела" Device for determination of coordinates
RU2285939C1 (en) * 2005-02-10 2006-10-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт измерительных приборов" (ОАО "НИИИП") Method for controlling airspace, irradiated by external radiation sources, and radiolocation station for realization of said method
WO2006099800A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Wuhan University A passive channel adjustment method based on a non-linear antenna array
US20070018884A1 (en) * 2005-07-08 2007-01-25 Raytheon Company Single transmit multi-receiver modulation radar, multi-modulation receiver and method
US7119732B1 (en) * 2005-12-01 2006-10-10 Raytheon Company Bistatic and multistatic system for space situational awareness
EP1925948A1 (en) * 2006-11-24 2008-05-28 Hitachi, Ltd. Radar apparatus and signal processing method
RU126474U1 (en) * 2012-10-18 2013-03-27 Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Аквамарин" PASSIVE RADIO ELECTRON COMPLEX FOR DETERMINING SPATIAL COORDINATES AND OBJECTS OF MOTION OF THE OBJECT BY ALGOMERIC AND POWER RADAR DATA

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КИНКУЛЬКИН И.Е. и др. Фазовый метод определения координат. Москва, Советское радио,1979, с.97-100. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112034494A (en) * 2020-09-14 2020-12-04 航科院中宇（北京）新技术发展有限公司 System and method for calculating navigation point precision in aircraft flight navigation data
CN112034494B (en) * 2020-09-14 2023-09-22 航科院中宇（北京）新技术发展有限公司 System and method for calculating navigation point precision in aircraft flight navigation data

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2604652C2 (en) Local phase difference-range-finding radio navigation system
RU2649411C1 (en) Method of measurement of the aircraft flight parameters in the phase goniometrical and distance-measuring systems and the device for the implementation of this method
US20030132880A1 (en) Precision position measurement system
JP4901833B2 (en) Radar equipment
RU2559813C1 (en) Method of locating navigation object
RU2647496C1 (en) Method of the object coordinates determining
RU2602432C1 (en) Broadband phase-differential local radio navigation system
RU2275649C2 (en) Method and passive radar for determination of location of radio-frequency radiation sources
RU2567114C1 (en) System for measuring coordinates of navigation object
RU2631422C1 (en) Correlation-phase direction-finder
RU2330304C1 (en) Phase direction-finder
RU2660752C1 (en) Method of detecting and high-speed determination of parameters of marine ice fields and a radar location system for its implementation
RU2308735C1 (en) Method for determining position of radio radiation sources in short-distance zone
RU2604871C2 (en) Method of locating navigation object
RU2530542C1 (en) Method and device for measurement of angular height of object of search in surveillance non-linear radars
RU2575483C2 (en) Phase difference-ranging method for locating navigation object
RU2662803C1 (en) Aircraft ground speed and the crab angle measuring method
RU2588057C1 (en) Method of locating objects for local navigation systems
RU2602506C1 (en) Phase-difference radio navigation system with broadband signal
RU2640032C1 (en) Method for determining coordinates of radio emission source
RU2471200C1 (en) Method for passive detection and spatial localisation of mobile objects
RU2492504C1 (en) Method of determining non-radial projection of target velocity vector
RU2584545C1 (en) Method of locating navigation object
RU2584332C1 (en) Device for determining motion parameters of target
RU2205416C1 (en) Procedure determining line of position of radio radiation source

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160506