RU2588057C1 - Method of locating objects for local navigation systems - Google Patents

Method of locating objects for local navigation systems Download PDF

Info

Publication number
RU2588057C1
RU2588057C1 RU2015127126/07A RU2015127126A RU2588057C1 RU 2588057 C1 RU2588057 C1 RU 2588057C1 RU 2015127126/07 A RU2015127126/07 A RU 2015127126/07A RU 2015127126 A RU2015127126 A RU 2015127126A RU 2588057 C1 RU2588057 C1 RU 2588057C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
navigation
points
signals
phase
frequency signals
Prior art date
Application number
RU2015127126/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Васильевич Шеболков
Игорь Георгиевич Дорух
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Азовский оптико-механический завод" (ОАО "АОМЗ")
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")
Application granted granted Critical
Publication of RU2588057C1 publication Critical patent/RU2588057C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radar and navigation.
SUBSTANCE: invention may be used in navigation systems and local area networks to control the movement of mobile objects in local zones navigation. Method is based on generation by a navigation object two high-frequency harmonic signals with different frequencies, their simultaneous radiation from navigation object and reception in several reference radio navigation points with known coordinates, generation in said points of differential frequency signals received from a navigation object high-frequency signals, transmitting generated differential frequency signals in central processing station, where phase difference of differential frequency signals coming from different reference points results of measurements of phase differences taking into account mutual arrangement of central receiving station and reference radio navigation points are recalculated in coordinates of navigation object, wherein both generated on navigation object harmonic signals, before radiation, are synchronously phase modulated with same pseudorandom binary sequence with phase deviation of 180°.
EFFECT: high noise-immunity.
1 cl, 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.

Известен защищенный патентом РФ №2204145, кл. G01S 3/46, 2003 способ определения координат источника излучения, основанный на приеме его сигнала тремя антеннами, образующими ортогональные базы.Known protected by RF patent No. 2204145, class. G01S 3/46, 2003 a method for determining the coordinates of a radiation source based on the reception of its signal by three antennas forming orthogonal bases.

Такое действие, как определение направления на источник излучения, является существенным признаком и заявляемого способа.Such an action as determining the direction to the radiation source is an essential sign of the proposed method.

Известен также защищенный патентом РФ №2013785, кл. G01S 13/00, 1994 способ определения местоположения подвижных объектов, заключающийся в излучении кодированных сигналов передатчиками объектов, приеме сигналов в N пространственно разнесенных пунктах с последующей ретрансляцией их на центральный приемный пункт и измерении задержек между принятыми сигналами.Also known is protected by a patent of the Russian Federation No. 20133785, class. G01S 13/00, 1994 a method for determining the location of moving objects, which consists in emitting encoded signals by object transmitters, receiving signals at N spatially separated points, and then relaying them to a central receiving point and measuring the delays between the received signals.

Ретрансляция сигналов на центральный приемный пункт является существенным признаком и заявляемого способа.The relay of signals to the central receiving point is an essential sign of the proposed method.

Причиной, препятствующей достижению в этих аналогах, защищенных патентами РФ, технического результата, обеспечиваемого изобретением, является необходимость использования достаточно сложной системы единого времени.The reason that impedes the achievement in these analogues, protected by patents of the Russian Federation, of the technical result provided by the invention, is the need to use a rather complex system of uniform time.

Известен разностно-дальномерный способ определения местоположения мобильных объектов, заключающийся в поочередном излучении сетью опорных навигационных пунктов, расположенных в точках пространства с известными координатами, когерентных гармонических сигналов, их приеме на мобильном объекте, принятых от каждого опорного объекта и вычислении по ним координат мобильного объекта [Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радиолокационные и радионавигационные системы. - М.: Радио и связь, 1994, с. 211-214].The known differential-ranging method for determining the location of mobile objects, which consists in alternately emitting a network of navigation reference points located at points in space with known coordinates, coherent harmonic signals, receiving them on a mobile object, received from each reference object and calculating the coordinates of the mobile object from them [ Bakulev P.A., Sosnovsky A.A. Radar and radio navigation systems. - M .: Radio and communications, 1994, p. 211-214].

Измерение фазовых сдвигов сигналов и вычисление по ним координат мобильного объекта является существенным признаком и заявляемого способа.The measurement of the phase shifts of the signals and the calculation of the coordinates of the mobile object from them is an essential sign of the proposed method.

Причиной, препятствующей достижению в этом аналоге технического результата, обеспечиваемого изобретением, является необходимость в использовании высокоточной шкалы единого времени на объекте навигации и сложность реализации при больших расстояниях между опорными радионавигационными точками и объектом навигации.The reason that impedes the achievement in this analogue of the technical result provided by the invention is the need to use a high-precision scale of a single time at the navigation object and the difficulty of implementation at large distances between the reference radio navigation points and the navigation object.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является способ определения местоположения объекта навигации, описанный в заявке на патент №2014116786 от 24.04.2014, решение о выдаче патента от 05.06.2015.The closest in technical essence to the claimed (prototype) is the method for determining the location of the navigation object described in patent application No. 2014116786 of 04.24.2014, the decision to grant a patent of 05.06.2015.

Способ заключается в формировании и одновременном излучении объектом навигации двух высокочастотных гармонических сигналов с разными частотами, приеме их в нескольких опорных радионавигационных точках с известными координатами, формировании там сигналов разностной частоты из принятых высокочастотных сигналов, передаче сформированных сигналов разностной частоты на центральный пункт обработки, где измеряется разность фаз указанных сигналов разностной частоты, полученных из разных опорных радионавигационных точек, а результаты фазовых измерений пересчитываются с учетом взаимного расположения центрального приемного пункта и опорных радионавигационных точек в координаты объекта навигации.The method consists in generating and simultaneously emitting two high-frequency harmonic signals with different frequencies by the navigation object, receiving them at several reference radio navigation points with known coordinates, generating differential-frequency signals there from the received high-frequency signals, transmitting the generated differential-frequency signals to a central processing point where it is measured the phase difference of these differential frequency signals obtained from different reference radio navigation points, and the phase results New measurements are recalculated taking into account the relative position of the central receiving point and reference radio navigation points in the coordinates of the navigation object.

Такие действия, как формирование и одновременное излучение объектом навигации и передатчиком двух высокочастотных гармонических сигналов с разными частотами, прием указанных высокочастотных сигналов в нескольких опорных радионавигационных точках с известными координатами, формирование в них из высокочастотных сигналов, принятых от объекта навигации, сигналов разностной частоты, измерение разностей фаз сигналов разностной частоты, сформированных в разных опорных радионавигационных точках и вычисление по измеренным разностям фаз координат объекта навигации с учетом взаимного расположения центрального пункта обработки и опорных радионавигационных точек, являются существенными признаками и заявляемого способа.Such actions as the formation and simultaneous emission by the navigation object and the transmitter of two high-frequency harmonic signals with different frequencies, the receipt of these high-frequency signals at several reference radio navigation points with known coordinates, the formation of high-frequency signals received from the navigation object, differential frequency signals in them, measurement the phase differences of the signals of the differential frequency generated at different reference radio navigation points and the calculation of the measured phase differences to the coordinates of the navigation object, taking into account the relative position of the central processing point and reference radio navigation points, are essential features of the proposed method.

Причиной, препятствующей достижению в способе-прототипе технического результата, обеспечиваемого изобретением, является низкий уровень помехозащищенности реализующих данный способ радионавигационных систем по отношению к умышленным помехам со стороны возможного злоумышленника, обусловленная высокой спектральной плотностью излучаемых объектом навигации сигналов вблизи несущей частоты. Это обстоятельство облегчает потенциальному злоумышленнику как возможность обнаружения сигналов, используемых в реализующей рассматриваемый способ системе, и измерения частот указанных сигналов, так и возможность подавления этих сигналов прицельными по частоте активными помехами.The reason that prevents the achievement of the technical result provided by the invention in the prototype method is the low level of noise immunity of the radio navigation systems implementing this method with respect to intentional interference from a possible attacker, due to the high spectral density of the signals emitted by the navigation object near the carrier frequency. This circumstance makes it easier for a potential attacker to detect the signals used in the system implementing the method in question and to measure the frequencies of these signals, as well as the possibility of suppressing these signals by active interference that is aimed at the frequency.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение помехозащищенности радионавигационных систем, реализующих предлагаемый способ.The technical problem to which the invention is directed is to increase the noise immunity of radio navigation systems that implement the proposed method.

Для достижения указанного технического результата в известном способе определения местоположения объекта навигации, заключающемся в формировании объектом навигации двух высокочастотных гармонических сигналов с разными частотами, их одновременном излучении с объекта навигации и приеме в нескольких опорных радионавигационных точках с известными координатами, формировании в этих точках сигналов разностной частоты из принятых от объекта навигации высокочастотных сигналов, передаче сформированных сигналов разностной частоты в центральный пункт обработки, где измеряется разность фаз сигналов разностной частоты, поступивших из разных опорных точек, а результаты измерений разностей фаз с учетом взаимного расположения центрального приемного пункта и опорных радионавигационных точек пересчитываются в координаты объекта навигации, оба сформированных на объекте навигации гармонических сигнала перед излучением синхронно модулируют по фазе одной и той же псевдослучайной двоичной последовательностью с девиацией фазы 180°.To achieve the specified technical result in a known method for determining the location of a navigation object, which consists in generating two high-frequency harmonic signals with different frequencies by the navigation object, simultaneously emitting them from the navigation object and receiving at several reference radio navigation points with known coordinates, generating difference frequency signals at these points from the high-frequency signals received from the navigation object, to the transmission of the generated differential frequency signals to the center the processing point, where the phase difference of the difference frequency signals from different reference points is measured, and the results of the phase difference measurements, taking into account the relative position of the central receiving point and the reference radio navigation points, are converted to the coordinates of the navigation object, both of which are generated on the navigation object harmonic signals before radiation phase-modulated by the same pseudo-random binary sequence with a phase deviation of 180 °.

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

- на фиг. 1 - взаимное положение объекта навигации и трех опорных радионавигационных точек;- in FIG. 1 - the relative position of the navigation object and the three reference radio navigation points;

- на фиг. 2 - структура формирователя сигнала разностной частоты.- in FIG. 2 - structure of a differential frequency signal driver.

Для реализации способа необходимо как минимум три опорные радионавигационные точки с известными координатами.To implement the method requires at least three reference radio navigation points with known coordinates.

Функционирование способа поясняется фиг. 1, на которой показаны мобильный объект навигации (МО), находящийся в точке с неизвестными координатами X и Y, и опорные радионавигационные точки ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3, расположенные в точках с известными координатами X1 и Y1, Х2 и Y2 и Х3 и Y3 соответственно. Там же показаны расстояния D1, D2, D3 между объектом навигации и опорными радионавигационными точками, а также направление N на север.The operation of the method is illustrated in FIG. 1, which shows a mobile navigation object (MO) located at a point with unknown coordinates X and Y, and reference radio navigation points ORT1, ORT2 and ORT3, located at points with known coordinates X 1 and Y 1 , X 2 and Y 2 and X 3 and Y 3, respectively. There are also shown the distances D 1 , D 2 , D 3 between the navigation object and the reference radio navigation points, as well as the direction N to the north.

С помощью передатчика, установленного на объекте навигации, в направлении точек ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3 формируют два гармонических сигнала с частотами ω0 и ω1, синхронно модулируют их по фазе с девиацией фазы 180° одной и той же двоичной случайной последовательностью r(t), суммируют полученные фазоманипулированные колебания и излучают полученный высокочастотный широкополосный сигнал (сумму двух широкополосных фазоманипулированных сигналов ФМ-2 с частотами ω0 и ω1) с объекта навигацииUsing the transmitter installed on the navigation object, two harmonic signals with frequencies ω 0 and ω 1 are generated in the direction of the points OPT1, OPT2 and OPT3, synchronously modulate them in phase with a phase deviation of 180 ° by the same binary random sequence r (t) summarize the obtained phase-manipulated oscillations and emit the resulting high-frequency broadband signal (the sum of two broadband phase-shifted FM-2 signals with frequencies ω 0 and ω 1 ) from the navigation object

Figure 00000001
Figure 00000001

где r(t) - двоичная импульсная последовательность, принимающая значения "+1" и "-1" в случайные моменты времени. Оба сигнала имеют одинаковую амплитуду А и случайные начальные фазы φ0 и φ1.where r (t) is a binary pulse sequence taking the values "+1" and "-1" at random times. Both signals have the same amplitude A and random initial phases φ 0 and φ 1 .

Этот сигнал принимается в точках ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3 на расстояниях D1, D2 и D3 соответственно от объекта навигации:This signal is received at points ORT1, ORT2 and ORT3 at distances D 1 , D 2 and D 3, respectively, from the navigation object:

Figure 00000002
Figure 00000002

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

В каждой из опорных радионавигационных точек ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3 из принятых сигналов s1(t), s2(t) s3(t) формируют сигналы разностной частоты.In each of the reference radio navigation points ORT1, ORT2 and ORT3, the difference frequency signals are generated from the received signals s 1 (t), s 2 (t) s 3 (t).

Структура формирователя сигналов разностной частоты приведена на фиг. 2. Он представляет собой последовательно включенные перемножитель (балансный смеситель) и узкополосный полосовой фильтр, настроенный на разностную частоту

Figure 00000003
.The structure of the differential frequency signal generator is shown in FIG. 2. It is a series-connected multiplier (balanced mixer) and a narrow-band bandpass filter tuned to the differential frequency
Figure 00000003
.

В каждой из опорных радионавигационных точек принимается сигнал si(t)

Figure 00000004
. Принятый сигнал подается одновременно на оба входа перемножителя (балансного смесителя), в котором происходит демодуляция фазоманипулированного сигнала:A signal s i (t) is received at each of the reference radio navigation points
Figure 00000004
. The received signal is fed simultaneously to both inputs of the multiplier (balanced mixer), in which the demodulation of the phase-shifted signal occurs:

Figure 00000005
Figure 00000005

Таким образом, на выходе перемножителя формируется сигнал, содержащий следующие спектральные составляющие:Thus, at the output of the multiplier, a signal is formed containing the following spectral components:

1) сигнал с нулевой частотой (постоянная составляющая);1) a signal with a zero frequency (constant component);

2) гармонические сигналы с удвоенными частотами 2ω0 и 2ω1;2) harmonic signals with doubled frequencies 2ω 0 and 2ω 1 ;

3) гармонический сигнал с суммарной частотой ωΣ01;3) a harmonic signal with a total frequency ω Σ = ω 0 + ω 1 ;

4) гармонический сигнал с разностной частотой

Figure 00000006
4) harmonic signal with difference frequency
Figure 00000006

Все эти сигналы, за исключением сигнала с разностной частотой ωр, подавляются фильтром.All these signals, with the exception of the signal with a difference frequency ω p , are suppressed by the filter.

Сигналы разностной частоты, формируемые в каждой из опорных радионавигационных точек, имеют вид:The difference frequency signals generated in each of the reference radio navigation points are:

Figure 00000007
Figure 00000007

Нетрудно видеть, что сигналы, формируемые в каждой из опорных радионавигационных точек, различаются по фазам, которые определяются расстояниями D1, D2 и D3 соответственно. Эти сигналы передаются в центральный приемный пункт (ЦПП). В качестве такового может быть использована, например, одна из опорных радионавигационных точек. Примем для определенности, что территориально ЦПП находится в точке ОРТ2.It is easy to see that the signals generated in each of the reference radio navigation points differ in phase, which are determined by the distances D 1 , D 2 and D 3, respectively. These signals are transmitted to the central reception center (CPP). As such, for example, one of the reference radio navigation points can be used. For definiteness, let us assume that geographically the CPP is located at the point of ORT2.

Таким образом, в ЦПП из опорных радионавигационных точек поступают три следующих сигнала разностной частоты.Thus, the following three difference frequency signals are received from the reference radio navigation points in the DPC.

1) Сигнал, поступивший из ОРТ1,1) The signal received from ORT1,

Figure 00000008
Figure 00000008

где R21 - расстояние между опорной радионавигационной точкой ОРТ1 и ЦПП;where R 21 is the distance between the reference radionavigation point ORT1 and CPP;

v - скорость распространения радиосигнала в линии связи, соединяющей ОРТ1 и ЦПП.v is the propagation speed of the radio signal in the communication line connecting ORT1 and CPP.

S21p (t) отличается от сигнала S1P (t) амплитудой и дополнительным фазовым сдвигом

Figure 00000009
, который обусловлен прохождением расстояния R21, разделяющего ОРТ1 и ЦПП (в рассматриваемом случае точку ОРТ2).S 21p (t) differs from the signal S 1P (t) in amplitude and an additional phase shift
Figure 00000009
, which is due to the passage of the distance R 21 separating ORT1 and CPP (in this case, the point ORT2).

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

Figure 00000010
Figure 00000010

где

Figure 00000011
.Where
Figure 00000011
.

2) Сигнал, принятый непосредственно в точке ОРТ2 (ЦПП),2) The signal received directly at the point ORT2 (CPP),

Figure 00000012
Figure 00000012

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

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

s22p(t)=A22cos(ωpt+ψ22),s 22p (t) = A 22 cos (ω p t + ψ 22 ),

где

Figure 00000013
.Where
Figure 00000013
.

3) Сигнал, поступивший из ОРТ3,3) The signal received from ORT3,

Figure 00000014
Figure 00000014

Этот сигнал также можно записать в виде:This signal can also be written as:

Figure 00000015
Figure 00000015

где

Figure 00000016
.Where
Figure 00000016
.

Найдем разность фаз Δψ212221 сигналов S22p(t) и S21p(t) и разность фаз Δψ232223 сигналов S22p(t) и S23p(t):We find the phase difference Δψ 21 = ψ 2221 of the signals S 22p (t) and S 21p (t) and the phase difference Δψ 23 = ψ 2223 of the signals S 22p (t) and S 23p (t):

Figure 00000017
Figure 00000017

Из этих выражений следует, что рассматриваемые разности не зависят от случайных начальных фаз φ0 и φ1.From these expressions it follows that the considered differences do not depend on random initial phases φ 0 and φ 1 .

Исключив из последних выражений для Δψ21 и Δψ23 известные фазовые сдвиги

Figure 00000018
и
Figure 00000019
, получим окончательные выражения для расчета координат объекта навигации разности Δφ21 фаз сигналов разностной частоты, сформированных во второй и первой опорных точках, а также для расчета разности Δφ23 сигналов разностной частоты, сформированных во второй и третьей опорных точках:Excluding the known phase shifts from the last expressions for Δψ 21 and Δψ 23
Figure 00000018
and
Figure 00000019
, we obtain the final expressions for calculating the coordinates of the navigation object of the difference Δφ of 21 phases of difference frequency signals generated at the second and first reference points, as well as for calculating the difference Δφ of 23 difference frequency signals generated at the second and third reference points:

Figure 00000020
Figure 00000020

Figure 00000021
Figure 00000021

Таким образом, параметр Δφ21 представляет собой разность фаз сигналов разностной частоты между второй и первой опорными точками, а параметр Δφ23 - между второй и третьей опорными точками. Указанные разности фаз однозначно соответствуют разностям дальностей D2-D1 и D2-D3 соответственно.Thus, the parameter Δφ 21 is the phase difference of the difference frequency signals between the second and first reference points, and the parameter 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 параметры 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 parameters D 1 , D 2 and D 3 can be calculated - the distances between the navigation object and reference radio navigation points, and, consequently, the coordinates of the navigation object.

Ниже приведен алгоритм пересчета результатов измерения разности фаз сигналов разностной частоты в координаты объекта навигации. Этот алгоритм применим для локальных навигационных систем, когда допустимо пренебречь сферичностью Земли, а скорость распространения радиоволн в зоне действия навигационной системы можно считать постоянной.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. This algorithm is applicable for local navigation systems when it is permissible to neglect the sphericity of the Earth, and the propagation velocity of radio waves in the coverage area of the navigation system can be considered constant.

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 with;

- 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 00000022
Figure 00000022

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

2. Величины ΔD21 и ΔD23 нормируются 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 00000023
Figure 00000024
Figure 00000025
Figure 00000023
Figure 00000024
Figure 00000025

3. Определяются постоянные параметры:3. The constant parameters are determined:

а=α2123; b=γ·Δd23-Δd21,a = α 2123 ; 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(a-β23)-γ·cosβ23=bcos (a-β 23 ) -γ cosβ 23 = b

Это уравнение решается относительно угла β23 каким-либо из численных итерационных методов, например методом деления отрезка пополам.This equation is solved with respect to angle β 23 by any of the numerical 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 are calculated, the origin of which is at the point ORT2:

Figure 00000026
Figure 00000026

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 00000027
Figure 00000027

Таким образом, в предлагаемом способе сохраняются все возможности измерения координат объекта навигации, что и в способе-прототипе. Кроме того, вследствие фазовой модуляции излучаемых сигналов случайной двоичной последовательностью коротких импульсов с девиацией фазы 180° существенно расширяется спектр излучаемых объектом навигации сигналов. Вследствие этого во столько же раз уменьшается их спектральная плотность. Помимо этого в спектре излучаемых сигналов отсутствуют спектральные составляющие с частотами ω0 и ω1. Ширина спектра излучаемых сигналов может быть увеличена в десятки раз. Соответственно во столько же уменьшается спектральная плотность этих сигналов.Thus, in the proposed method retains all the possibilities of measuring the coordinates of the navigation object, as in the prototype method. In addition, due to the phase modulation of the emitted signals by a random binary sequence of short pulses with a phase deviation of 180 °, the spectrum emitted by the navigation object significantly expands. As a result of this, their spectral density decreases as many times. In addition, in the spectrum of the emitted signals there are no spectral components with frequencies ω 0 and ω 1 . The width of the spectrum of the emitted signals can be increased tens of times. Accordingly, the spectral density of these signals decreases by the same amount.

Степень расширения спектра и соответственно степень уменьшения спектральной плотности определяется средней длительностью импульсов случайной двоичной последовательности, используемой для фазовой модуляции излучаемых сигналов.The degree of expansion of the spectrum and, accordingly, the degree of decrease in spectral density is determined by the average pulse duration of a random binary sequence used for phase modulation of the emitted signals.

Низкая спектральная плотность излучаемых сигналов, отсутствие в их спектре составляющих с несущими частотами в совокупности с малым временем излучения сигнала затрудняют их обнаружение и измерение величин частот ω0 и ω1 потенциальным злоумышленником. Вследствие этого существенно затрудняется возможность подавления работы радионавигационных систем, использующих предлагаемый способ. Это значительно повышает помехоустойчивость аппаратуры, реализующей способ, по сравнению с прототипом.The low spectral density of the emitted signals, the absence of components with carrier frequencies in their spectrum, together with a short signal emission time, make it difficult for their detection and measurement of frequencies ω 0 and ω 1 by a potential attacker. As a result of this, the ability to suppress the operation of radio navigation systems using the proposed method is substantially hindered. This significantly increases the noise immunity of the equipment that implements the method, compared with the prototype.

Техническая реализация способа не вызывает затруднений. В качестве примера реализации рассмотрим реализацию предлагаемого способа для построения локальной навигационной системы для управления движением транспорта в местах повышенной опасности, где требуется высокоточное определение местоположения высокоскоростных движущихся объектов: на критических участках трасс их движения (например, при приближении к местам переключения стрелок на железнодорожных путях, вблизи крутых закрытых поворотов автомобильных трасс). Для реализации системы может быть выбран диапазон частот 1200-1400 МГц. Зона действия локальной навигационной системы может составлять несколько сотен метров.The technical implementation of the method does not cause difficulties. As an example of implementation, we consider the implementation of the proposed method for constructing a local navigation system for controlling traffic in high-risk areas where high-precision location of high-speed moving objects is required: on critical sections of their movement paths (for example, when approaching switch points on railway tracks, near steep closed turns of highways). For the implementation of the system, a frequency range of 1200-1400 MHz can be selected. The coverage area of the local navigation system can be several hundred meters.

Формирование двух высокочастотных фазомодулированных сигналов на объекте навигации можно реализовать на основе двух синтезаторов частоты, синхронизируемых общим опорным генератором, и сумматора, балансных модуляторов и генератора псевдослучайных двоичных последовательностей, например генератора М-последовательностей на основе регистра сдвига с обратными связями. В качестве синтезаторов частоты можно применить, например, микросхемы типа ADF4360-5, позволяющие сформировать два высокостабильных гармонических сигнала с разносом частот от (0,1-100) МГц, в качестве опорного генератора - термостабилизированный кварцевый генератор типа NT3225SA.The formation of two high-frequency phase-modulated signals at a navigation object can be implemented on the basis of two frequency synthesizers synchronized by a common reference oscillator, and an adder, balanced modulators, and a pseudorandom binary sequence generator, for example, an M-sequence generator based on a feedback register with a shift register. As frequency synthesizers, for example, ADF4360-5 type microcircuits can be used, which make it possible to generate two highly stable harmonic signals with a frequency spacing of (0.1-100) MHz, as a reference oscillator - a NT3225SA thermostabilized crystal oscillator.

Для приема сигналов в опорных навигационных точках можно использовать интегральные СВЧ-усилители - микросхемы типа SPF5122Z, для нормировки принятых сигналов по амплитуде - логарифмический усилитель AD8309, в качестве узла формирования сигнала разностной частоты - смеситель на транзисторе BFP620, нагрузкой которого является фильтр нижних частот с частотой среза, равной разностной частоте. Передачу сигналов разностной частоты из опорных навигационных точек в центральный приемный пункт можно реализовать либо по проводным каналам (при небольших расстояниях между опорными навигационными точками и центральным приемным пунктом - порядка 100 м), либо по радиоканалам с разделением их по частоте (при более значительных расстояниях между опорными навигационными точками и центральным приемным пунктом).To receive signals at navigation reference points, you can use integrated microwave amplifiers - microcircuit type SPF5122Z, to normalize the received signals in amplitude - AD8309 logarithmic amplifier, as a unit for generating a differential frequency signal - a mixer on a BFP620 transistor, whose load is a low-pass filter with a frequency slice equal to the difference frequency. The transmission of difference frequency signals from the navigation reference points to the central receiving point can be realized either via wired channels (at small distances between the reference navigation points and the central receiving point - about 100 m), or via radio channels with frequency separation (for more significant distances between reference navigation points and a central receiving point).

Выделение разности фаз сигналов разностной частоты в центральном приемном пункте реализуется на основе фазового детектора (например, на микросхеме SYPD-1 или подобной).The separation of the phase difference of the signals of the difference frequency in the Central receiving point is based on a phase detector (for example, on a SYPD-1 chip or the like).

Аналоговые сигналы с выхода фазового детектора подаются через аналого-цифровые преобразователи на входные порты микопроцессора типа STM, в котором реализуется решение навигационной задачи по приведенному выше алгоритму.Analog signals from the output of the phase detector are fed through analog-to-digital converters to the input ports of the STM type microprocessor, which implements the solution of the navigation problem according to the above algorithm.

Способ может найти применение для построения локальных навигационных систем при управлении движением транспорта в местах повышенной опасности, где требуется высокоточное определение местоположения высокоскоростных движущихся объектов, на критических участках трасс их движения (например, при приближении к местам переключения стрелок на железнодорожных путях, вблизи крутых закрытых поворотов автомобильных трасс).The method may find application for constructing local navigation systems for controlling traffic in high-risk areas where high-precision location of high-speed moving objects is required, at critical sections of their movement paths (for example, when approaching switch points on railway tracks, near sharp closed turns highways).

Claims (1)

Способ определения местоположения объектов для систем локальной навигации, заключающийся в формировании объектом навигации двух высокочастотных гармонических сигналов с разными частотами, их одновременном излучении с объекта навигации и приеме в нескольких опорных радионавигационных точках с известными координатами, формировании в этих точках сигналов разностной частоты из принятых от объекта навигации высокочастотных сигналов, передаче сформированных сигналов разностной частоты в центральный пункт обработки, где измеряется разность фаз сигналов разностной частоты, поступивших из разных опорных точек, а результаты измерений разностей фаз с учетом взаимного расположения центрального приемного пункта и опорных радионавигационных точек пересчитываются в координаты объекта навигации, отличающийся тем, что оба сформированных на объекте навигации гармонических сигнала перед излучением синхронно модулируют по фазе одной и той же псевдослучайной двоичной последовательностью с девиацией фазы 180°. The method for determining the location of objects for local navigation systems, which consists in generating two high-frequency harmonic signals with different frequencies by the navigation object, emitting them simultaneously from the navigation object and receiving at several reference radio navigation points with known coordinates, generating at these points differential frequency signals from received from the object navigation of high-frequency signals, transferring the generated differential-frequency signals to a central processing point, where the phase difference of the difference frequency signals received from different reference points, and the results of measurements of phase differences, taking into account the relative position of the central receiving point and the reference radio navigation points, are converted to the coordinates of the navigation object, characterized in that both harmonic signals generated on the navigation object are synchronously modulated before radiation phase of the same pseudo-random binary sequence with phase deviation of 180 °.
RU2015127126/07A 2015-07-06 Method of locating objects for local navigation systems RU2588057C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2588057C1 true RU2588057C1 (en) 2016-06-27

Family

ID=

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2676862C1 (en) * 2018-01-15 2019-01-11 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Method of locating navigation object
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
RU2746218C1 (en) * 2020-08-24 2021-04-09 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Михайловская военная артиллерийская академия" Министерства Обороны Российской Федерации Radionavigation multi-position differential distance system
RU2752270C2 (en) * 2017-06-22 2021-07-26 АйПиКОМ ГМБХ УНД КО. КГ Antenna reference signals for distance measurement
RU2775155C1 (en) * 2021-08-24 2022-06-28 Акционерное общество "РАДИОАВИОНИКА" Method for determining the location of the navigation object

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001001076A1 (en) * 1998-06-25 2001-01-04 Sanyo Electric Co., Ltd. Navigation device
US6298304B1 (en) * 1998-03-18 2001-10-02 Nokia Mobile Phones Limited Local navigation alternatives
RU44190U1 (en) * 2004-10-28 2005-02-27 Ульянов Геннадий Николаевич NAVIGATION SYSTEM
JP2011038925A (en) * 2009-08-12 2011-02-24 Navitime Japan Co Ltd Navigation system, navigation device, navigation server, and method of navigation
RU2523753C1 (en) * 2013-01-09 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Method of personal autonomous navigation
RU2013129968A (en) * 2013-07-01 2015-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "АКМЕ корпорейшн" LOCAL NAVIGATION SYSTEM BASED ON A DISTRIBUTED NETWORK OF STATIONARY INTERACTIVE INDICATORS ORIENTED IN SPACE AND PASSIVE WEARABLE MACHINE READABLE IDENTIFIERS

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6298304B1 (en) * 1998-03-18 2001-10-02 Nokia Mobile Phones Limited Local navigation alternatives
WO2001001076A1 (en) * 1998-06-25 2001-01-04 Sanyo Electric Co., Ltd. Navigation device
RU44190U1 (en) * 2004-10-28 2005-02-27 Ульянов Геннадий Николаевич NAVIGATION SYSTEM
JP2011038925A (en) * 2009-08-12 2011-02-24 Navitime Japan Co Ltd Navigation system, navigation device, navigation server, and method of navigation
RU2523753C1 (en) * 2013-01-09 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Method of personal autonomous navigation
RU2013129968A (en) * 2013-07-01 2015-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "АКМЕ корпорейшн" LOCAL NAVIGATION SYSTEM BASED ON A DISTRIBUTED NETWORK OF STATIONARY INTERACTIVE INDICATORS ORIENTED IN SPACE AND PASSIVE WEARABLE MACHINE READABLE IDENTIFIERS

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БАКУЛЕВ П.А. и др. Радиолокационные и радионавигационные системы. Москва, Радио и связь, 1994, с.211-214. *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2752270C2 (en) * 2017-06-22 2021-07-26 АйПиКОМ ГМБХ УНД КО. КГ Antenna reference signals for distance measurement
RU2676862C1 (en) * 2018-01-15 2019-01-11 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Method of locating navigation object
RU2746218C1 (en) * 2020-08-24 2021-04-09 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Михайловская военная артиллерийская академия" Министерства Обороны Российской Федерации Radionavigation multi-position differential distance system
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
RU2775155C1 (en) * 2021-08-24 2022-06-28 Акционерное общество "РАДИОАВИОНИКА" Method for determining the location of the navigation object
RU2795389C1 (en) * 2022-05-12 2023-05-03 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method and device for active hydrolocation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6177467B1 (en) Radar operation with enhanced Doppler capability
US6674396B2 (en) System and method for distance measurement by inphase and quadrature signals in a radio system
US7132981B1 (en) Method of locating object using phase differences among multiple frequency beacons transmitted from spaced apart transmitter sites
WO2015134705A2 (en) Systems and methods for fracture mapping via frequency-changing integrated chips
RU2559813C1 (en) Method of locating navigation object
RU2604652C2 (en) Local phase difference-range-finding radio navigation system
RU2602432C1 (en) Broadband phase-differential local radio navigation system
RU2647496C1 (en) Method of the object coordinates determining
RU2588057C1 (en) Method of locating objects for local navigation systems
RU2646595C1 (en) Method for determining coordinates of radio source
RU2604871C2 (en) Method of locating navigation object
RU2742925C1 (en) Method for determination of relative ranges from a radio source
RU2567114C1 (en) System for measuring coordinates of navigation object
RU2597007C1 (en) Phase-difference method of locating navigation object
RU2617448C1 (en) Object coordinates determination method
RU2389040C1 (en) Query method of measuring radial velocity and system for realising said method
RU2602506C1 (en) Phase-difference radio navigation system with broadband signal
RU2575483C2 (en) Phase difference-ranging method for locating navigation object
RU2584545C1 (en) Method of locating navigation object
KR101249823B1 (en) Radar apparatus for measuring reflection characteristics from land and the sea and method thereof
RU2640032C1 (en) Method for determining coordinates of radio emission source
WO2017099619A1 (en) Positioning method for local navigation systems
RU2662803C1 (en) Aircraft ground speed and the crab angle measuring method
Herzel et al. Error analysis of target angle and angular velocity in a PLL-based FMCW radar measurement
RU2580507C2 (en) Radar method and doppler radar with transmitter for implementation thereof