RU2604652C2 - Local phase difference-range-finding radio navigation system - Google Patents
Local phase difference-range-finding radio navigation system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2604652C2 RU2604652C2 RU2015114868/07A RU2015114868A RU2604652C2 RU 2604652 C2 RU2604652 C2 RU 2604652C2 RU 2015114868/07 A RU2015114868/07 A RU 2015114868/07A RU 2015114868 A RU2015114868 A RU 2015114868A RU 2604652 C2 RU2604652 C2 RU 2604652C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- navigation
- phase
- coordinates
- radio navigation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
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: G01S 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) [PCT International Application N89 / 12835: G01S 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 at a moving object, and a transmitter 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 управления, 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.
Передатчики и приемники являются существенными признаками в заявляемой системе.Transmitters and receivers are essential features in the inventive 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, p. 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 в заявляемой системе.Transmitters of high-frequency harmonic signals and their receivers are essential features in the inventive 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.
Третьей причиной, препятствующей достижению в системе-прототипе технического результата, обеспечиваемого изобретением, являются небольшие размеры области пространства, в пределах которой возможно однозначное определение координат объекта навигации с приемлемой точностью. Размеры этой области пространства в системе-прототипе ограничены зоной, в которой расстояния между объектом навигации и каждой из опорных радионавигационных точек должны разниться между собой не более чем на половину длины волны сигнала частоты, равной разности частот сигналов, излучаемых объектом навигации и передатчиком, установленным в неподвижной точке.The third reason that impedes the achievement of the technical result provided by the invention in the prototype system is the small size of the space region within which it is possible to uniquely determine the coordinates of the navigation object with acceptable accuracy. The dimensions of this region of space in the prototype system are limited by the zone in which the distances between the navigation object and each of the reference radio navigation points should differ from each other by no more than half the wavelength of the frequency signal equal to the frequency difference of the signals emitted by the navigation object and the transmitter installed in fixed point.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение помехозащищенности системы и расширение области пространства, в пределах которой возможно однозначное определение координат объекта навигации без снижения точности.The technical problem to which the invention is directed is to increase the noise immunity of the system and expand the area of space within which it is possible to uniquely determine the coordinates of the navigation object without compromising accuracy.
Для достижения указанного технического результата в известной системе для измерения координат объекта навигации, содержащей первый передатчик высокочастотного гармонического сигнала, установленный на объекте навигации, второй передатчик высокочастотного гармонического сигнала, отличающийся по частоте от первого на величину частоты биений, и три приемника этих сигналов с антеннами, установленных в опорных радионавигационных точках с известными координатами, второй передатчик установлен, как и первый, на объекте навигации, при этом оба передатчика подключены к общей передающей антенне, в систему дополнительно введены три канала проводной связи опорных радионавигационных точек с центральным пунктом обработки сигналов и размещенное в центральном пункте обработки сигналов измерительно-вычислительное устройство, содержащее три усилителя-ограничителя, три делителя частоты, шесть фазовых детекторов, шесть аналого-цифровых преобразователей и вычислитель координат объекта навигации, при этом выходы первого, второго и третьего приемников через проводные каналы связи соединены со входами соответствующих усилителей-ограничителей, выходы которых соединены соответственно со входами первого, второго и третьего делителей частоты и одновременно с первыми входами первого, второго и третьего фазовых детекторов, выходы первого, второго и третьего делителей частоты соединены соответственно с первыми входами четвертого, пятого и шестого фазовых детекторов, при этом второй вход второго фазового детектора соединен с выходом первого усилителя-ограничителя, второй вход третьего фазового детектора соединен с выходом второго усилителя-ограничителя, второй вход первого фазового детектора соединен с выходом третьего усилителя-ограничителя, второй вход четвертого фазового детектора соединен с выходом третьего делителя частоты, второй вход пятого фазового детектора соединен с выходом первого делителя частоты, второй вход шестого фазового детектора соединен с выходом второго делителя частоты, а выходы всех фазовых детекторов через аналого-цифровые преобразователи подключены к соответствующим входам вычислителя координат объекта навигации.To achieve the specified technical result in a known 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, different in frequency from the first by the value of the beat frequency, and three receivers of these signals with antennas, installed in the reference radio navigation points with known coordinates, the second transmitter is installed, like the first, on the navigation object, while the transmitter ba are connected to a common transmitting antenna, three channels of wired communication of reference radio navigation points with a central signal processing center and a measuring and computing device located in a central signal processing station containing three amplifier limiters, three frequency dividers, six phase detectors, are additionally introduced into the system six analog-to-digital converters and a coordinates calculator of the navigation object, while the outputs of the first, second and third receivers through wired communication channels connected to the inputs of the respective limiter amplifiers, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the first, second and third frequency dividers and simultaneously with the first inputs of the first, second and third phase detectors, the outputs of the first, second and third frequency dividers are connected respectively to the first inputs of the fourth, fifth and the sixth phase detector, wherein the second input of the second phase detector is connected to the output of the first amplifier-limiter, the second input of the third phase detector is connected to during the second limiter amplifier, the second input of the first phase detector is connected to the output of the third limiter amplifier, the second input of the fourth phase detector is connected to the output of the third frequency divider, the second input of the fifth phase detector is connected to the output of the first frequency divider, the second input of the sixth phase detector is connected to the output of the second frequency divider, and the outputs of all phase detectors through analog-to-digital converters are connected to the corresponding inputs 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 - структурная схема приемника;- in FIG. 2 is a block diagram of a receiver;
- на фиг. 3 - взаимное расположение объекта навигации, опорных радионавигационных точек с приемниками и центрального пункта обработки (ЦПО);- in FIG. 3 - the relative position of the navigation object, reference radio navigation points with receivers and the central processing point (CPO);
- на фиг. 4 - зона однозначного определения координат объекта навигации.- in FIG. 4 - zone of unambiguous determination of the coordinates of the navigation object.
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 канала проводной связи 5.1, 5.2 и 5.3 опорных радионавигационных точек с ЦПО и установленное в ЦПО измерительно-вычислительное устройство, содержащее три усилителя-ограничителя 6.1, 6.2 и 6.3, три делителя частоты 7.1, 7.2 и 7.3, шесть фазовых детекторов 8.1, 8.2…8.6, шесть аналого-цифровых преобразователей 9.1, 9.2…9.6 и вычислитель 10 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
Каждый из приемников 3.1, 3.2 и 3.3 с антеннами 4.1, 4.2 и 4.3 содержит последовательно включенные двухчастотный усилитель 11 и формирователь частоты биений, состоящий из последовательно включенных балансного модулятора 12, оба входа которого соединены с выходом двухчастотного усилителя 11, узкополосного фильтра 13 и резонансного усилителя 14, настроенного на частоту биений (фиг. 2).Each of the receivers 3.1, 3.2 and 3.3 with antennas 4.1, 4.2 and 4.3 contains a series-connected dual-
Выходы приемников 3.1,3.2 и 3.3 через каналы 5.1, 5.2 и 5.3 проводной связи соединены соответственно со входами усилителей-ограничителей 6.1, 6.2 и 6.3. Выход усилителя-ограничителя 6.1 соединен со входом делителя 7.1 частоты, а также с первым входом фазового детектора 8.1 и вторым входом фазового детектора 8.3, выход усилителя-ограничителя 6.2 соединен со входом делителя 7.2 частоты, а также с первым входом фазового детектора 8.3 и вторым входом фазового детектора 8.5, выход усилителя-ограничителя 6.3 соединен со входом делителя 7.3 частоты, а также с первым входом фазового детектора 8.5 и вторым входом фазового детектора 8.1, выход делителя 7.1 частоты соединен с первым входом фазового детектора 8.2 и вторым входом фазового детектора 8.4, выход делителя 7.2 частоты соединен с первым входом фазового детектора 8.4 и вторым входом фазового детектора 8.6, выход делителя 7.3 частоты соединен с первым входом фазового детектора 8.6 и вторым входом фазового детектора 8.2. Выходы всех фазовых детекторов 8.1,8.2…8.6 через аналого-цифровые преобразователи 9.1,9.2…9.6 подключены к соответствующим входам вычислителя 10 координат объекта навигации.The outputs of the receivers 3.1,3.2 and 3.3 through the channels 5.1, 5.2 and 5.3 of the wire connection are connected respectively to the inputs of the amplifier-limiters 6.1, 6.2 and 6.3. The output of the limiting amplifier 6.1 is connected to the input of the frequency divider 7.1, as well as to the first input of the phase detector 8.1 and the second input of the phase detector 8.3, the output of the limiting amplifier 6.2 is connected to the input of the frequency divider 7.2, as well as the first input of the phase detector 8.3 and the second input phase detector 8.5, the output of the amplifier-limiter 6.3 is connected to the input of the frequency divider 7.3, as well as to the first input of the phase detector 8.5 and the second input of the phase detector 8.1, the output of the frequency divider 7.1 is connected to the first input of the phase detector 8.2 and the second the input of the phase detector 8.4, the output of the frequency divider 7.2 is connected to the first input of the phase detector 8.4 and the second input of the phase detector 8.6, the output of the frequency divider 7.3 is connected to the first input of the phase detector 8.6 and the second input of the phase detector 8.2. The outputs of all phase detectors 8.1,8.2 ... 8.6 through analog-to-digital converters 9.1,9.2 ... 9.6 are connected to the corresponding inputs of the
Функционирование системы поясняется фиг. 3, 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 ОРТЗ 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 расстояния R1, R2 и R3 между этими точками и ЦПО.The operation of the system is illustrated in FIG. 3, which shows a mobile navigation object (MO) with transmitters 1.1 and 1.2 and a common transmitting
Передатчики 1.1 и 1.2 генерируют высокочастотные гармонические сигналы с частотами ω1 и ω2 соответственно. С помощью общей антенны 2 в направлении точек ОРТ1, ОРТ2 и ОРТЗ излучается сумма этих двух сигналов:Transmitters 1.1 and 1.2 generate high-frequency harmonic signals with frequencies ω 1 and ω 2, respectively. Using a
Эти сигналы излучаются в течение промежутка времени, достаточного для осуществления фазовых измерений этих сигналов, которые осуществляются в ЦПО, о чем подробнее будет сказано ниже. Сигналы имеют одинаковые амплитуды А и случайные начальные фазы φ1 и φ2.These signals are emitted for a period of time sufficient to carry out phase measurements of these signals, which are carried out in the CPU, as will be discussed in more detail below. The signals have the same amplitudes A and random initial phases φ 1 and φ 2 .
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. Принимаемые в указанных точках сигналы имеют вид: 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. The signals received at these points are of the form:
где C=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.
В каждом из приемников 3.1, 3.2 и 3.3 через двухчастотный усилитель 11 сигналы поступают в формирователь частоты биений, представляющий собой совокупность последовательно включенных балансного модулятора 12, узкополосного фильтра 13 и резонансного усилителя 14, настроенного на частоту биений.In each of the receivers 3.1, 3.2, and 3.3, through a two-
Сигнал Si(t) (
На выходе балансного модулятора 12 формируются сигнал нулевой частоты (постоянная составляющая
Узкополосный фильтр 13 и резонансный усилитель 14 настроены на разностную частоту ωр. Постоянная составляющая
Усилители-ограничители в 6.i осуществляют нормирование сигналов разностной частоты по амплитуде, чтобы исключить зависимость амплитуды сигналов разностной частоты от расстояний между мобильным объектом и радионавигационными точками. При этом временные и фазовые соотношения между рассматриваемыми сигналами не изменяются.The limiter amplifiers in 6.i normalize the difference frequency signals in amplitude in order to exclude the dependence of the amplitude of the difference frequency signals on the distances between the mobile object and the radio navigation points. In this case, the time and phase relationships between the signals under consideration do not change.
Таким образом, на выходах усилителей-ограничителей 6.1, 6.2 и 6.3 из сигналов разностной частоты, поступивших из опорных радионавигационных точек ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3, формируются сигналы прямоугольной формы разностной частоты ωр с постоянной амплитудой А:Thus, at the outputs of limiting amplifiers 6.1, 6.2, and 6.3 from difference frequency signals received from the reference radio navigation points ORT1, ORT2 and ORT3, rectangular-shaped signals of the difference frequency ω p with constant amplitude A are formed:
где - знаковая функция;Where - sign function;
R1, R2 и R3 - расстояния между ЦПО и ОРТ1, ОРТ2, ОРТ3 соответственно;R 1 , R 2 and R 3 are the distances between the CPO and ORT1, ORT2, ORT3, respectively;
С1 - скорость распространения сигнала в проводных линиях, соединяющих ЦПО и ОРТ.With 1 - the speed of signal propagation in the wire lines connecting the CPO and ORT.
Сигнал характеризуется основным фазовым сдвигом
Аналогично сигнал характеризуется основным фазовым сдвигом
Сигнал также характеризуется основным фазовым сдвигом
Поступившие в ЦПО сигналы , и можно записать в виде:Signals Received at the CPO , and can be written as:
где Where
В ЦПО с помощью измерительно-вычислительного устройства, а именно с помощью фазовых детекторов 8.1…8.6, аналого-цифровых преобразователей 9.1…9.6 и вычислителя 10 измеряют разность фаз Δψ21=ψ2-ψ1 сигналов и и разность фаз Δψ23=ψ2-ψ3 сигналов и :In the central processing unit, using a measuring and computing device, namely, using phase detectors 8.1 ... 8.6, analog-to-digital converters 9.1 ... 9.6 and
Как следует из этих выражений, разности фаз Δψ21 и Δψ23 не зависят от начальных фаз излучаемых МО сигналов φ1 и φ2.As follows from these expressions, the phase differences Δψ 21 and Δψ 23 do not depend on the initial phases of the emitted MO signals φ 1 and φ 2 .
Вторые слагаемые и в уравнениях для разностей фаз Δψ21 и Δψ23 представляют собой фазовые набеги сигналов разностной частоты при их распространении из опорных радионавигационных точек к ЦПО. Они не зависят от пространственного положения объекта навигации и полностью определяются лишь расположением ЦПО относительно точек ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3. Эти величины можно рассчитать заранее.Second terms and in the equations for the phase differences Δψ 21 and Δψ 23 are phase incursions of signals of difference frequency during their propagation from the reference radio navigation points to the CPO. They do not depend on the spatial position of the navigation object and are completely determined only by the location of the CPO relative to the points ORT1, ORT2 and ORT3. These values can be calculated in advance.
Из измеренных в ЦПО разностей фаз Δψ21 и Δψ23 вычитают указанные выше фазовые набеги:From the phase differences Δψ 21 and Δψ 23 measured in the CPO, the above-mentioned phase incursions are subtracted:
и and
В результате находят разности фаз сигналов разностной частоты для опорных точек ОРТ2 и ОРТ1, а также ОРТ2 и ОРТ3 с учетом фазовых набегов. Эти разности фаз используются для вычисления разности дальностей D2-D1 и D2-D3, которые в свою очередь используют для вычисления координат объекта навигации.As a result, the phase differences of the difference frequency signals are found for the reference points ORT2 and ORT1, as well as ORT2 and ORT3, taking into account phase incursions. These phase differences are used to calculate the distance difference D 2 -D 1 and D 2 -D 3 , which in turn is used to calculate the coordinates of the navigation object.
Однозначное определение координат объекта навигации возможно только в той области пространства, для которой разности фаз Δψ21 и Δψ23 сигналов разностной частоты не выходят за пределы интервала [-π/2÷π/2]. Это условие выполняется, если в пределах указанной области пространства расстояния от любой ее точки до любой из опорных радионавигационных точек различаются между собой не более чем на половину длины волны λр сигнала разностной частоты ωр. Область пространства, для которой выполняется это условие, ограничена четырехугольником ABEF, сторонами которого являются линии положения АВ, EF, BE и AF (фиг. 4), уравнения которых имеют следующий вид:An unambiguous determination of the coordinates of the navigation object is possible only in that region of space for which the phase differences Δψ 21 and Δψ 23 of the signals of the difference frequency do not go beyond the interval [-π / 2 ÷ π / 2]. This condition is satisfied if, within the specified space region, the distances from any of its points to any of the reference radio navigation points differ by no more than half the wavelength λ p of the signal of the difference frequency ω p . The region of space for which this condition is satisfied is bounded by the quadrilateral ABEF, the sides of which are the position lines AB, EF, BE, and AF (Fig. 4), the equations of which have the following form:
где параметр L1 равен
Для расширения области однозначного определения координат необходимо увеличивать величину λр и, следовательно, снижать величину разностной частоты ωр. Следует отметить, что этот путь расширения области однозначного определения координат ведет к снижению точности.To expand the region of unambiguous determination of coordinates, it is necessary to increase the value of λ p and, therefore, to reduce the value of the difference frequency ω p . It should be noted that this way of expanding the region of unambiguous determination of coordinates leads to a decrease in accuracy.
Для предотвращения снижения точности в предлагаемой системе фазовые измерения осуществляют на двух частотах. Для этого из сигналов , и , поступивших в ЦПО из точек ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3, с помощью делителей 7.1, 7.2 и 7.3 частоты дополнительно формируют сигналы масштабной частоты ωn=ωð/n, меньшей разностной частоты в n раз.To prevent a decrease in accuracy in the proposed system, phase measurements are carried out at two frequencies. For this, from the signals , and received in the CPO from the points ORT1, ORT2 and ORT3, using frequency dividers 7.1, 7.2 and 7.3 additionally generate signals of the scale frequency ω n = ω ð / n, which is n times less than the difference frequency.
Учитывая, что сама по себе частота ωр однозначно определить фактическую разность фаз не позволяет, фактическую разность фаз ΔψФ для любых двух сигналов на частоте ωð определяют по формулам:Given that the frequency ω r alone does not allow us to unambiguously determine the actual phase difference, the actual phase difference Δψ Φ for any two signals at a frequency ω ð is determined by the formulas:
где Δψр и Δψn - разности фаз сигналов, измеренные непосредственно в ЦПО на частотах ωр и ωn;where Δψ p and Δψ n are the phase differences of the signals measured directly in the CPO at frequencies ω p and ω n ;
int(х) - целая часть аргумента х.int (x) is the integer part of the argument x.
Коэффициент k и фактическую разность фаз ΔψФ вычисляют для каждой из пар ОРТ по измеренным в ЦПО разностям фаз Δψð и Δψn.The coefficient k and the actual phase difference Δψ Φ are calculated for each of the ORT pairs from the phase differences Δψ ð and Δψ n measured in the CPO.
Ниже приведен алгоритм пересчета результатов фазовых измерений 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 phase measurements 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 фаз Δψ21 сигналов, измеренная в ЦПО на частоте ωn для радионавигационных точек ОРТ1 и ОРТ2;- the phase difference Δψ of 21 signals, measured in the CPO at a frequency ω n for the radio navigation points ORT1 and ORT2;
- разность фаз Δψn23 сигналов, измеренная в ЦПО на частоте ωn для радионавигационных точек ОРТ2 и ОРТ3;- the phase difference Δψ n23 signals measured in the DPC at a frequency ω n for the radio navigation points ORT2 and ORT3;
- разность фаз Δψð21 сигналов, измеренная в ЦПО на частоте ωð для радионавигационных точек ОРТ1 и ОРТ2;- phase difference Δψ ð21 of the signals measured in the DPC at the frequency ω ð for the radio navigation points ORT1 and ORT2;
- разность фаз Δψð23 сигналов, измеренная в ЦПО на частоте ωð для радионавигационных точек ОРТ2 и ОРТ3.is the phase difference Δψ ð23 of the signals measured in the CPO at a frequency of ω ð for the radio navigation points ORT2 and ORT3.
Кроме того, в расчете используют следующие константы:In addition, the following constants are used in the calculation:
- значение первой высокой частоты ω1;- the value of the first high frequency ω 1 ;
- значение второй высокой частоты ω2 - the value of the second high frequency ω 2
- скорость распространения радиоволн в атмосфере C;- the propagation velocity of radio waves in the atmosphere C;
- скорость распространения радиосигнала по проводному каналу С1;- the propagation speed of the radio signal through the wired channel C 1 ;
- расстояние R21 между второй ОРТ2 и первой ОРТ1 опорными радионавигационными точками;- the distance R 21 between the second ORT2 and the first ORT1 reference radio navigation points;
- расстояние R23 между третьей ОРТ3 и второй ОРТ2 опорными радионавигационными точками;- the distance R 23 between the third ORT3 and the second ORT2 reference radio navigation points;
- расстояния R1, R2 и R3 между ЦПО и ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3 соответственно;- the distances R 1 , R 2 and R3 between the CPO and ORT1, ORT2 and ORT3, respectively;
- коэффициент n превышения разностной частоты над масштабной.- the coefficient n of the excess of the differential frequency over the scale.
Порядок расчета следующий:The calculation procedure is as follows:
1. Вычисляют разностную ωp=|ω1-ω2| и масштабную
2. Вычисляют разности фазовых набегов сигналов разностной частоты ωp при распространении их от опорных радионавигационных точек к ЦПО:2. Calculate the difference of the phase incursions of the signals of the difference frequency ω p when they propagate from the reference radio navigation points to the CPO:
3. Вычисляют величины:3. The values are calculated:
4. Вычисляют фактические разности фаз:4. The actual phase differences are calculated:
5. Решают навигационную задачу - определяют координаты объекта навигации:5. Solve the navigation problem - determine the coordinates of the navigation object:
а) вычисляют разности расстояний от объекта навигации до опорных точек:a) calculate the differences of the distances from the navigation object to the reference points:
здесь D1, D2, D3 - расстояния от объекта навигации (МО) до первой ОРТ1, второй ОРТ2 и третьей ОРТ3 опорных радионавигационных точек в соответствии с фиг. 3;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. 3;
б) разности ΔD21 и ΔD23 нормируют по длинам базовых линий и вычисляют параметр γ:b) the differences ΔD 21 and ΔD 23 normalize the lengths of the baselines and calculate the parameter γ:
в) определяют постоянные параметры:c) determine the constant parameters:
а=α21-α23; b=γΔd23-Δd21, a = α 21 -α 23 ; b = γΔd 23 -Δd 21 ,
где α21 - угол между осью
α23 - угол между осью
г) каким-либо из численных итерационных методов решают уравнение для вычисления угла β23 между базовой линией R23 и направлением на объект навигации:d) by any of the numerical iterative methods, they solve the equation for calculating the angle β 23 between the base line R 23 and the direction of the navigation object:
cos(а-β23)-γcosβ23=b;cos ( a- β 23 ) -γcosβ 23 = b;
д) вычисляют расстояние D2 от точки ОРТ2 до объекта навигацииd) calculate the distance D 2 from the point ORT2 to the navigation object
е) вычисляют координаты объекта навигации в местной прямоугольной системе координат, начало которой находится в точке ОРТ2:f) calculate the coordinates of the navigation object in the local rectangular coordinate system, the beginning of which is located at the point ORT2:
При необходимости координаты объекта навигации пересчитывают в исходную прямоугольную систему координат:If necessary, the coordinates of the navigation object are converted into the original rectangular coordinate system:
В предлагаемой системе исключена присущая системе-прототипу составляющая погрешности, обусловленная погрешностью 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.The proposed system eliminates the inherent component of the prototype error component due to the error in 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, когда осуществляется измерение разностей 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 when the phase differences of the signals of the difference frequency are measured. 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.
То обстоятельство, что в предлагаемой радионавигационной системе для измерения разности фаз сигналов помимо разностной частоты формируется дополнительная масштабная частота, в n раз меньшая разностной, позволяет значительно расширить область пространства, в которой возможно однозначное определение координат объекта навигации, по сравнению с прототипом и одновременно не ухудшить точность их измерения.The fact that in the proposed radio navigation system for measuring the phase difference of the signals, in addition to the difference frequency, an additional scale frequency is formed, n times smaller than the difference frequency, it allows you to significantly expand the area of space in which it is possible to uniquely determine the coordinates of the navigation object, in comparison with the prototype and at the same time not degrade the accuracy of their measurement.
В предлагаемой системе для такого расширения достаточно выбрать частоту ωn достаточно низкой, а частоту ωð достаточно высокой.In the proposed system, for such an extension, it suffices to choose the frequency ω n sufficiently low and the frequency ω ð sufficiently high.
Для примера на фиг. 4 показаны две заштрихованные области пространства, ограниченные четырехугольниками ABEF и GNMK соответственно, в которых возможно однозначное определение координат объекта навигации. Четырехугольник ABEF соответствует частоте биений, примерно в пять раз меньшей, чем четырехугольник GNMK.For the example of FIG. Figure 4 shows two shaded areas of space bounded by quadrangles ABEF and GNMK, respectively, in which an unambiguous determination of the coordinates of the navigation object is possible. The ABEF quadrangle corresponds to a beat frequency that is approximately five times smaller than the GNMK quadrangle.
В системе-прототипе частота биений не изменяется в процессе фазовых измерений. Ее в принципе можно выбрать достаточно низкой, например равной ωn предлагаемой системы, но она в этом случае должна оставаться такой в процессе всех фазовых измерений, а это приведет к снижению точности измерения координат, которая и без того недостаточно высока из-за погрешности определения координат неподвижного передатчика.In the prototype system, the beat frequency does not change during phase measurements. In principle, it can be chosen sufficiently low, for example, equal to ω n of the proposed system, but in this case it should remain so during all phase measurements, and this will lead to a decrease in the accuracy of coordinate measurements, which is already not high enough due to the error in determining the coordinates fixed transmitter.
В предлагаемой же системе фазовые измерения осуществляются не только на частоте ωn, а и на частоте ωр, которая в n раз больше, причем окончательные фазовые измерения осуществляются именно на этой более высокой частоте. При этом измерения на частоте ωn используются лишь для исключения неоднозначности фазовых измерений. По сравнению с прототипом точность определения координат в предлагаемом способе не снижается, а повышается за счет исключения погрешности определения координат неподвижного передатчика.In the proposed system, phase measurements are carried out not only at a frequency ω n , but also at a frequency ω p , which is n times greater, and the final phase measurements are carried out at this higher frequency. In this case, measurements at the frequency ω n are used only to eliminate the ambiguity of phase measurements. Compared with the prototype, the accuracy of determining the coordinates in the proposed method does not decrease, but increases due to the exclusion of the error in determining the coordinates of a stationary transmitter.
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 ensure that the narrow-band condition is met when transmitting and receiving two signals and at the same time 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 SPF5122Z, к входам которых подключены синтезаторы частоты типа ADF4360-5.As transmitters 1.1 and 1.2 of the signal, integrated microwave amplifiers of the SPF5122Z type can be used, to the inputs of which frequency synthesizers of the ADF4360-5 type are connected.
В качестве антенны 2 может служить полуволновый вибратор, к входу которого подключен микрополосковый сумматор с двумя входами.As
Каждый из приемников 3.1, 3.2 и 3.3 сигнала может быть реализован как совокупность последовательно включенных двухчастотного СВЧ-усилителя типа SPF5122Z, балансного модулятора на транзисторах BFP620, узкополосного фильтра на микрополосковых линиях и резонансного усилителя, в качестве которого может быть использован активный полосовой фильтр второго порядка на операционном усилителе AD797ANZ.Each of the receivers 3.1, 3.2 and 3.3 of the signal can be implemented as a set of series-connected two-frequency microwave amplifier type SPF5122Z, a balanced modulator on transistors BFP620, a narrow-band filter on microstrip lines and a resonant amplifier, which can be used as an active second-order bandpass filter on operational amplifier AD797ANZ.
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 усилителей-ограничителей 6.1, 6.2 и 6.3 можно использовать логарифмические усилители AD8309.As limiting amplifiers 6.1, 6.2 and 6.3, AD8309 logarithmic amplifiers can be used.
Делители частоты 7.1, 7.2, 7.3 могут быть реализованы на микросхемах К561ИЕ20.Frequency dividers 7.1, 7.2, 7.3 can be implemented on K561IE20 microcircuits.
В качестве фазовых детекторов 8.1…8.6 могут быть использованы микросхемы типа SYPD-1.As phase detectors 8.1 ... 8.6 can be used chips type SYPD-1.
В качестве аналого-цифровых преобразователей 9.1…9.6 могут быть использованы микросхемы ADS1210 с источником опорного напряжения AD780.As analog-to-digital converters 9.1 ... 9.6, ADS1210 microcircuits with an AD780 voltage reference can be used.
В качестве вычислителя 10 может быть использован 16-разрядный микропроцессор STM32F407.As the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015114868/07A RU2604652C2 (en) | 2015-04-20 | 2015-04-20 | Local phase difference-range-finding radio navigation system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015114868/07A RU2604652C2 (en) | 2015-04-20 | 2015-04-20 | Local phase difference-range-finding radio navigation system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015114868A RU2015114868A (en) | 2016-11-10 |
RU2604652C2 true RU2604652C2 (en) | 2016-12-10 |
Family
ID=57267683
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015114868/07A RU2604652C2 (en) | 2015-04-20 | 2015-04-20 | Local phase difference-range-finding radio navigation system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2604652C2 (en) |
Cited By (5)
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 |
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 |
RU2770127C1 (en) * | 2021-08-12 | 2022-04-14 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» | Method for local radio navigation by signals of unsynchronized domestic means for electronic suppression of global navigation satellite systems |
RU2771435C1 (en) * | 2021-08-19 | 2022-05-04 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» | Navigation equipment of an authorized consumer with the possibility of local navigation on the signals of non-synchronized domestic means of electronic jamming of global navigation satellite systems |
RU2784802C1 (en) * | 2022-06-15 | 2022-11-29 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры "Прогресс" (АО "НИИМА "Прогресс") | Noise-immune rangefinder local radio navigation system providing high-precision positioning |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU189301U1 (en) * | 2019-02-17 | 2019-05-21 | Закрытое акционерное общество "Радиотехнические информационные системы Воздушно-космической обороны (ЗАО "РТИС ВКО") | A device for processing signals of space radio navigation systems |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2258242C2 (en) * | 2003-06-23 | 2005-08-10 | Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского | Method and device for difference-range finding direction finding of radio emission source |
WO2006129003A2 (en) * | 2005-05-31 | 2006-12-07 | France Telecom | Method and device for locating a terminal in a wireless local area network |
RU2365932C1 (en) * | 2008-01-09 | 2009-08-27 | Вячеслав Адамович Заренков | Method of mobile object accurate positioning and monitoring |
WO2012042315A1 (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Nokia Corporation | Positioning |
JP5116818B2 (en) * | 2010-08-20 | 2013-01-09 | 中国電力株式会社 | POSITIONING SYSTEM AND POSITIONING METHOD |
-
2015
- 2015-04-20 RU RU2015114868/07A patent/RU2604652C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2258242C2 (en) * | 2003-06-23 | 2005-08-10 | Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского | Method and device for difference-range finding direction finding of radio emission source |
WO2006129003A2 (en) * | 2005-05-31 | 2006-12-07 | France Telecom | Method and device for locating a terminal in a wireless local area network |
RU2365932C1 (en) * | 2008-01-09 | 2009-08-27 | Вячеслав Адамович Заренков | Method of mobile object accurate positioning and monitoring |
JP5116818B2 (en) * | 2010-08-20 | 2013-01-09 | 中国電力株式会社 | POSITIONING SYSTEM AND POSITIONING METHOD |
WO2012042315A1 (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Nokia Corporation | Positioning |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КИНКУЛЬКИН И.Е. и др. Фазовый метод определения координат. Москва, Советское радио, 1979, с.97-100. * |
Cited By (7)
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 |
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 |
RU2770127C1 (en) * | 2021-08-12 | 2022-04-14 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» | Method for local radio navigation by signals of unsynchronized domestic means for electronic suppression of global navigation satellite systems |
RU2771435C1 (en) * | 2021-08-19 | 2022-05-04 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» | Navigation equipment of an authorized consumer with the possibility of local navigation on the signals of non-synchronized domestic means of electronic jamming of global navigation satellite systems |
RU2784802C1 (en) * | 2022-06-15 | 2022-11-29 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры "Прогресс" (АО "НИИМА "Прогресс") | Noise-immune rangefinder local radio navigation system providing high-precision positioning |
RU2784802C9 (en) * | 2022-06-15 | 2023-02-17 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры "Прогресс" (АО "НИИМА "Прогресс") | Noise-immune rangefinder local radio navigation system providing high-precision positioning |
RU2811068C1 (en) * | 2023-08-01 | 2024-01-11 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Method for determining coordinates of aircraft based on signals from unsynchronized jammers to global navigation satellite systems |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015114868A (en) | 2016-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2604652C2 (en) | Local phase difference-range-finding radio navigation system | |
US20170146647A1 (en) | Radar device for vehicle and target measurement method therefor | |
US20030132880A1 (en) | Precision position measurement system | |
JP2014044109A (en) | Synthetic aperture radar apparatus | |
RU2553272C1 (en) | Method of measuring range and radial velocity in radar station with probing composite pseudorandom chirp pulse | |
RU2711400C1 (en) | Method of determining the emitter or direction-finding antennas above the earth's surface | |
RU2602432C1 (en) | Broadband phase-differential local radio navigation system | |
RU2559813C1 (en) | Method of locating navigation object | |
RU2608551C1 (en) | Pulse-doppler airborne radar station operating method during detecting of aerial target, radio reconnaissance station carrier | |
RU2567114C1 (en) | System for measuring coordinates of navigation object | |
RU2330304C1 (en) | Phase direction-finder | |
JP6275370B2 (en) | Radar equipment | |
RU2669016C2 (en) | Doppler ground velocity meter | |
RU2510685C2 (en) | Synthetic-aperture and quasicontinuous radiation radar station | |
RU2602506C1 (en) | Phase-difference radio navigation system with broadband signal | |
RU2530542C1 (en) | Method and device for measurement of angular height of object of search in surveillance non-linear radars | |
RU2492504C1 (en) | Method of determining non-radial projection of target velocity vector | |
KR101634455B1 (en) | Radar using linear frequency modulation signal and noise signal, and method for controlling the same | |
RU2205416C1 (en) | Procedure determining line of position of radio radiation source | |
RU2584332C1 (en) | Device for determining motion parameters of target | |
RU2584545C1 (en) | Method of locating navigation object | |
RU2580507C2 (en) | Radar method and doppler radar with transmitter for implementation thereof | |
RU2575483C2 (en) | Phase difference-ranging method for locating navigation object | |
RU2597007C1 (en) | Phase-difference method of locating navigation object | |
JP2708550B2 (en) | Direction measuring method, direction measuring system, transmitting device and receiving device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170421 |