DK168342B1 - Fremgangsmåde og apparat til passiv afstandsmåling - Google Patents

Description

i DK 168342 B1

Opfindelsen angår i almindelighed passiv retnings- og afstandsmåling, og især en fremgangsmåde og et apparat til passiv afstandsmåling fra en platform, der bevæger sig, til en stationær, ikke samarbejdende sen-5 der.

Overlevelsesmulighederne og den militære effektivitet af lavtgående luftfartøjer og overfladefartøjer er ofte stærkt afhængig af muligheden af at lokalisere fjendtlige radarstyrede forsvarsvåben hurtigt og nøj agio tigt med henblik på at undgå dem, undvige dem, undertrykke og/eller destruere dem.

Der findes en række fremgangsmåder til passiv lokalisering af stationære, jordbaserede sendere fra platforme, der bevæger sig, hvor den mest almindelige teknik 15 er azimuth/elevation-metoden, AZ/EL, konventionel triangulering og metoden med ankomsttidsforskel ved flere luftfartøjer, TDOA. Disse fremgangsmåder kan yderligere underopdeles i teknikker, der kun sørger for måling af ankomstretningen, DOA, og sådanne, der tilvejebringer 20 både DOA-information og afstandsinformation.

Løbende anvendte teknikker til måling af DOA omfatter enten amplitudesammenligningsteknikker eller fa-seinterferometriteknikker. Den første består typisk i fire bredbåndede, orthogonale antenner, der dækker 360°, 25 ved hvilken en sammenligning af amplituder af indkommende signaler mellem op til hinanden stødende antenner tilvejebringer DOA-information. Sådanne giver nøjagtigheder på 3-10°. Se A. R. Baron, et al., "Passive Direction Finding and Signal Location", Microwave Journal, 30 september 1982, side 59-76.

Faseinterferometriteknikker anvender i deres sim-pleste form et par antenner anbragt på den bevægelige platform i en kendt afstand fra hinanden, således at en plan bølge, der ankommer under en vinkel i forhold til 35 parret, modtages før af den ene antenne end af den anden som følge af forskellen i vejlængden, der tilbagelægges DK 168342 B1 2 af bølgen. Hvis signalerne fra de to antenner behandles, giver deres faseforskel en indirekte måling af DOA i forhold til antenneparret. DOA-nøjagtigheden af interfe-rometeret er en funktion af afstanden mellem antennerne 5 og azimuth- og elevationsvinkler, og der har været bygget anlæg, der har arbejdsnøjagtigheder med en standardafvigelse på fra 0,1-1°. Interferometre med mere end to elementer er ligeledes kendt inden for teknikken.

Med hensyn til senderlokaliseringsteknikker er 10 TDOA-fremgangsmåderne de mest nøjagtige, men kræver et antal platformsystemer, typisk tre, for at skyde sig ind på en enkelt sender, hvor ankomsttidsforskellene ved modtagerne på platformene måles og behandles i forbindelse med den kendte position af platformene for at Ιοί 5 kalisere senderen. Eftersom teknikken nødvendiggør flere platforme og kompliceret afstandsmålings- og tidsindstillingsudstyr, betragtes den ikke som en egnet afstandsmålemetode for systemer med en enkelt bevægelig platform.

20 AZ/EL-teknikker lokaliserer en sender ved måling af azimuth- og elevationsvinkler for signalets ankomst og højden af platformen i forhold til jord. Den skrå afstand beregnes derpå ud fra trigometriske forhold, idet det antages, at senderen også ligger ved jordniveau. Af-25 standsfejlen er en kraftig funktion af målafstanden og højden og giver alt andet lige kun bedre nøjagtighed ved store højder af platformen over senderen. Betydelige målefejl kan også blive resultatet, med mindre systemet kan opnå ydre information vedrørende senderhøjden som 30 følge af topografien.

Typiske AZ/EL-lokaliseringssystemer anvender et par orthogonale faseinterferometre til opnåelse af azimuth- og elevationsvinkelinformation.

Trianguleringsteknikker anvender to eller flere 35 DOA-målinger, der foretages på efter hinanden følgende tidspunkter, når platformen tilbagelægger sin bevægel- DK 168342 B1 3 sesvej i forhold til senderen, og beregning af afstanden under anvendelse af velkendte trigonometriske forhold.

Trianguleringsmetoden kan anvende enten amplitudesammenligningsmetoder eller interferometri til måling 5 af DOA-information. Eftersom interferometri imidlertid kan give en forbedring af nøjagtigheden med så meget som 10:1, kan interferometri blive den foretrukne metode, hvor kravene til systemnøjagtigheden er høje, selv på bekostning af forøget systemkompleksitet.

10 Det er således muligt at basere et yderst præ cist, passivt afstandsmålesystem for en enkelt bevægelig platform på anvendelsen af enten den interferometerbase-rede AZ/EL-metode eller den interferometerbaserede trianguleringsmetode. Imidlertid lider begge teknikker af 15 visse problemer, der begrænser deres praktiske anvendelse. For det første kræver de yderst nøjagtig navigationsinformation, især platformskurs. Som ovenfor angivet er AZ/EL-systemer yderst afhængige af platformhøjde og senderafstand og er yderst følsomme for terrænfrem-20 kaldte fejl. Trianguleringsmetoder er forholdsvis langsomme og er afhængige af den sande retningsvinkelforskel, dvs. den vinkel, senderen ser den bevægelige platforms vej under mellem målingerne. Triangulering bliver også ineffektivt unøjagtig ved små opfangningsvinkler, 25 dvs. store vinkler i forhold til interferometerets sigte. Eftersom triangulering kræver, at systemet er i stand til at samle data om senderens signal i mange sekunder, forringes dens egenskaber ved intermitterende signaler, f.eks. hvis senderen skanner, eller ved lave 30 platformshøjder i bjergrigt terræn, kan signalopfangnin-gen blive sporadisk og således reducere systemets effektivitet.

Det er derfor opfindelsens formål at tilvejebringe en fremgangsmåde og et apparat til passiv afstandsmå-35 ling fra en enkelt bevægelig platform til en stationær, ikke samarbejdende sender, hvilken metode har et inter- DK 168342 B1 4 ferometer-baseret systems forbedrede nøjagtighed, men som kun kræver to korte målinger med flere sekunders mellemrum for at beregne afstanden til senderen, er uafhængig af platformhøjden og/eller senderområdet, der er 5 hurtigere end konventionelle trianguleringsmetoder, men effektiv ved små modtagevinkler, og som reducerer den krævede platformskursnøjagtighed til niveauer, der let kan opnås med løbende ibrugværende systemer.

Disse og andre formål og fordele opnås fortrins-10 vis ved en teknik, der anvender et fuldbestemt kortba-sislinie-interferometer, SBI, til måling af DOA-vinkler i to punkter langs platformens vej, et differentialbe-stemt langbas islinie-interferometer, LBI, til måling af den nøjagtige, men yderst flertydige ændring i fasefors-15 kel mellem de to punkter, og signalbehandlingsorganer omfattende en computer til bestemmelse af ubestemthederne i LBl-målingerne ved anvendelse af SBI-målingerne i en proces, der kaldes fasesammenkædning. Én udførelsesform for opfindelsen tilvejebringer en fremgangsmåde og 20 et apparat, der kan fungere selv mod signaler, der er fasekodede, frekvenskodede eller tilfældigt springer i frekvens. Endelig er der beskrevet en fejlmodel og et optimeringskriterium, der, hvis det følges, sikrer, at systemet virker med forudsigelig, forbedret nøjagtighed.

25 Ifølge, et aspekt af opfindelsen er der tilveje bragt en fremgangsmåde til passiv afstandsmåling omfattende måling af faseforskellen mellem dele af en bølge-front af et modtaget signal fra en stationær, ikke samarbejdende, sender ved et antal punkter langs en vej ad-30 skilt af vilkårlige tidsperioder og afstande, under anvendelse af et langbasislinieinterferometer LBI monteret på en platform, der bevæger sig mellem punkterne, for derved at få ændringen i faseforskellene, som er målt af LBI'et, hvor ændringen er flertydig, hvilken 35 fremgangsmåde er særegen ved trinnene, entydig måling af faseforskellen mellem dele af bølgefronten ved punkterne DK 168342 B1 5 med et kortbasislinieinterferometer SBI monteret på platformen, og anvendelse af de entydige faseforskelle målt af SBI'et til bestemmelse af flertydigheden i ændringen i faseforskel målt af LBI'et, og anvendelse af 5 den resulterende entydige ændring i faseforskelle for at få afstandsdata.

Ifølge et andet aspekt af opfindelsen er der tilvejebragt et system til passiv afstandsmåling af den art, der har et langbasislinieinterferometer LBI mon-1 o teret på en bevægelig platform til måling af den nøjagtige, men flertydige ændring i faseforskel mellem to eller flere punkter langs en vej adskilt af vilkårlige tidsperioder og afstande, fra et signal fra en stationær, ikke samarbejdende, sender, hvilket system 15 er særegen ved, at der er tilvejebragt: et kortbasislinieinterferometer (SBI), der er monteret på platformen for at måle faseforskellen entydigt i de nævnte punkter, og organer til bestemmelse af flertydigheden i ændringen i faseforskelle målt af LBI'et under anven-20 delse af de entydige faseforskelle, og organer til at få afstandsdata ud fra den resulterende entydige ændring i faseforskelle.

En mere fuldstændig forståelse af opfindelsen vil åbenbare sig for fagmanden ved betragtning af det 25 følgende, hvor opfindelsen er beskrevet nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser de geometriske forhold, der indgår i topunkt, passiv afstandsmåling, fig. 2 de geometriske forhold, der indgår i in-30 terferometerteknikker, fig. 3 de geometriske forhold for den mere almindelige topunkt afstandsmålemetode ifølge opfindelsen, fig. 4 de geometriske forhold mellem målingerne af den skrå afstand og sender-DOA ifølge opfindelsen og 35 omsat til kartesiansk afstand og vinkel, fig. 5 et funktionsblokdiagram for et prøvefløjet eksempel på et SBI/LBI-system, og DK 168342 B1 6 fig. 6 et resume på tabelf orm af resultaterne for de udførte flyveprøver med SBI/LBI-systemet ifølge eksemplet.

Fig. 1 viser det grundlæggende geometriske for-5 hold, der ligger til grund for den teoretiske model, der er fælles for alle passive afstandsmålingsteknikker med en enkelt platform. Den bevægelige platform gennemløber grundlinien L i trekanten, der har senderen placeret i toppunktet mellem siderne og R2. Ved anvendelse af 10 sinusloven udledes afstanden R2 til senderen som L sinø·.

R, = -i- .

Δ sin(02-01) Følsomheden for afstandsfejl E(R2) som funktion 15 af fejl i målingerne af vinklerne øj, 02 fås ved at tage den afledede af denne ligning. Således fås 9R2 9R2 9R2 20 E(R2) — dR2 = " " dL + døj + dΘ2 — 9L· 90j 902 sinøj L cosøj - dL· + -dØx 25 sin(02-01) sin(02-øj) L sinøj cos(02-01) - -d^-Øj).

sin^(02-0 j) 30

Det ses af det foregående, at afstandsfejlen E(R2) aftager, når vinkelforskellen (θ2—θχ) øges, og at vinkelforskellen (02-01) øges med voksende tid mellem målepunkterne. For således at minimere afstandsfejlen er 35 det påkrævet, at vinkelændringen til senderen, og følgelig afstandsmåletiden, maksimeres. Samtidig er den ene- DK 168342 B1 7 ste måde at reducere afstandsmåletiden på at øge målingernes nøj agtighed. Det skal bemærkes, at i den ovenstående ligning har de første led i deres nævner 3^(02-0^, medens det tredje led har 31^(02-0^). Af 5 denne grund har fejl i målingen af vinkelændringen E(02“®i) større virkning på afstandsfejlen end de andre led. En forbedring i måling af vinkelændringen kan således anvendes til: a) at give forbedret nøjagtighed ved en given afstandsmåletid, eller b) give en krævet af-10 standsmålingsnøj agtighed ved en kortere afstandsmåletid.

U.S. 3 378 842 beskriver et typisk interferometer med et enkelt element, ud fra hvilket strålesenderens øjeblikspejlings vinkel i forhold til retningen af en platforms bevægelse kan bestemmes.

15 Et 2-element interferometer, der har længden D og er orienteret en vinkel α i forhold den bevægelige platforms bevægelseslinie, er vist i fig. 2. Dersom det antages, at afstanden D mellem modtageantennerne er lille i sammenligning med afstanden til senderen, således at 20 indkommende elektromagnetiske bølger kan tilnærmes med plane bølger, vil en sådan plan bølge, der rammer antennerne under en vinkel 0 i forhold til platformens bevægelsesvej , blive modtaget af den ene antenne før end af den anden som følge af forskellen δ i den vej, der til-25 bagelægges af bølgen. Hvis de modtagne signaler derpå behandles, fås en fasedifferens φ, der er proportional med ankomsttidsforskellen med en modulus på 2π radianer. Altså 30 δ Φ λ 2π 35 og δ = D sinp, DK 168342 B1 8 hvor β = (α-θ)-π/2 og λ = signalbølgelængde.

5 Af trigonometrien følger sinø = cos(8-a).

Følgelig 10 2irD cos (θ-α) Φ =—---, λ og således /λφ\ 15 Θ = cos M -J+ α \2irD/

Differentiation af ovenstående giver faseændringen dø som funktion af ændringen de af signalankomst-20 vinklen. Altså -2πϋ dø - sin(9-a)dØ, 25 λ og -λ dø - dø.

2trD sin (θ-α) 30

Antages det under henvisning til den tidligere nævnte afstandsligning, at to interferometermålinger foretages ved to punkter langs platformens bevægelsesvej og tages tilstrækkelig tæt ved hinanden, således at æn-35 dr ingen i platformens vinkelstilling i forhold til sen- DK 168342 B1 9 deren kan repræsenteres ved differentialer, og indsættes ΔΘ for (θ2—θχ) °9 VAt for L, hvor V er platformens hastighed mellem målepunkterne, kan platformens afstandsligning mere generelt skrives som 5 VAt sin91 R = - .

ΔΘ 10

Hvis den afledede af ankomstvinklen med hensyn til fasen erstattes af differentialer og derpå substitueres i ovenstående ligning for afstanden, fås et udtryk, der giver afstanden R udtrykt ved faseændringsha- 15 stigheden med tiden. Denne faseændringshastighedsmetode for lokaliseringsligningen er givet som -2πϋ v sinø]^ sin^-a) 20 R = --- .

Δφ λ-

At 25 Ved denne formulering kan der opnås forbedret nøjagtighed, eftersom længden af interferometeret kan gøres vilkårligt lang for at maksimere faseændringshastigheden, der hidrører fra platformens bevægelse i forhold til senderen. Imidlertid kan der fremkomme store 30 fejl, med mindre man passer på at tage højde for den medfødte 2π flertydighed ved fasemålingen. Denne teknik betegnes almindeligvis som langbasislinie-interferometeret .

Det er således muligt for et system med et enkelt 35 langbasislinie-interferometer, LBI, at opnå afstandsmåling med den ønskede grad af nøjagtighed, men dette med- DK 168342 B1 10 fører betydelige systembegrænsninger. Eftersom interfe-rometeret kun kan måle fasen med en modulus 2π, må der foretages gentagne målinger af fasen for at iagttage og tage højde for overgangene fra +π til -tt. Dette behov 5 for gentagne fasemålinger kan forringe systemets egenskaber, dvs. hvis signalet afbrydes som følge af terrænblokering, eller hvis udsendelsen er intermitterende eller kortvarig. Desuden kan modtagerens evne til at måle afstand til mange mål samtidigt og søge efter nye akti-10 viteter forringes som følge af, at modtageren ikke står til rådighed.

Af det foregående ses det også, at alt andet lige kan der opnås meget præcise målinger af Θ og en given fasefejl d<t> ved at kræve en meget stor interferometer-15 åbning, dvs. adskillelse D mellem antenneelementerne.

Det må også erindres, at eftersom interferometeret måler faseforskellen med en modulus på 2π, er det største betragtningsfelt, over hvilket interferometeret kan måle vinklen til senderen entydigt, givet ved 20 θ„ = 2 cos 1 ( - ) .

V2Dy 25 Følgelig må interferometerets basislinie D, for at interferometeret kan have et forholdsvis vidt betragtningsfelt, f.eks. af størrelsesordenen-π radianer, være af størrelsesordenen en halv bølgelængde eller 30 mindre. Men som ovenfor vist maksimeres afstandsmålingens nøjagtighed ved store værdier af D. Følgelig er der i enkeltinterferometerafstandsmålesystemer et spændt forhold mellem behovet for at måle senderplaceringen med et interferometer, der har en basislinie D, der er lang 35 nok til at tillade, at der opnås nøjagtig afstandsberegning, medens der beholdes et system, der har et interfe- DK 168342 B1 11 rometer med en basislinie, der er kort nok til at tillade, at der foretages entydige målinger med intervaller tilstrækkelig langt fra hinanden til at tillade fasesam-menkædning mellem målingerne i et system, der har et 5 forholdsvis vidt betragtningsfelt.

Det har vist sig, at denne konflikt kan ophæves, idet der tillades yderst præcis måling af vinkeldifferensen (02-02) mellem målepunkterne uden behov for gentagne LBI-fasemålinger i et system, der omfatter et 10 fuldt bestemt SBI til entydigt at måle vinklerne 02 og 02 og et differentialt bestemt LBI til at måle vinkelændringen (®2”®1) til senderen. Langbasislinieinterfero-meteret repræsenterer en yderst præcis, men også en yderst flertydig måleteknik, ved imidlertid kun at an-15 vende den til måling af vinkelændring og ikke den faktiske vinkel, kan dens ekstreme præcision udnyttes. Ved at korrelere SBIvinkelmålingerne med LBI-målingerne, således at der opnås fasesammenkædning for LBI-målingerne, kan flertydigheden reduceres til et acceptabelt niveau.

20 Anvendelsen af SBI giver en løsning, der kan tilpasse sig tabet af signal som følge af terrænblokering og tillade tidsdeling af modtageren, således at den kan anvendes til at måle afstand til et antal sendere samtidigt såvel som til at udføre sin primære signaltilegnelses-25 funktion. Det kan vises, at fremgangsmåden ifølge opfindelsen ved at kombinere SBI-funktionen med LBl-funktio-nen til opnåelse af fasesammenkædning, resulterer i en forbedret nøjagtighed af passiv afstandsmåling i forhold til den, der opnås med et SBI-system alene, og som er 30 groft set proportional med forholdet mellem længden af LBI'et og SBI'et, og som kan anvendes til at yde forbedret nøjagtighed i et givet tidsrum eller, alternativt en given nøjagtighed inden for et reduceret tidsrum.

Fig. 3 repræsenterer en mere generaliseret måle-35 situation, ved hvilken de grundliggende ligninger for nærværende fremgangsmåde til passiv afstandsmåling kan DK 168342 B1 12 opnås. Måleplatformen antages at følge en vilkårlig vej i forhold til senderen og at være udstyret med organer til erhvervelse af navigationsdata, NAV, inklusive højde, kurs, rulning, stigning, giring og position som 5 funktion af tiden, som opnås ved kendte indre navigationssystemer. Målinger antages at blive foretaget i to punkter til tiderne T0 og langs platformens vej, og afstandsligninger udledes for midtpunktet af den lige linie L mellem de to punkter for afstanden É og sende-10 rens vinkelstilling Θ i forhold til liniestykket ved midtpunktet. Når disse midtpunktværdier er opnået, kan konventionelle trigonometriske forhold anvendes på disse til beregning af afstanden fra den løbende platformposition et vilkårligt andet sted i rummet eller til at be-15 regne senderens position i det globale referencesystem, såsom bredde og længde eller UTM-koordinater.

Ved således at anvende trigonometriske forhold og de ovenfor afledte afstandsligninger er de to ligninger, der bestemmer den fuldstændige afstandsmåleproces, 20 følgende cot(Øn) + cot(ø·,)

, A

cot ( 0 ) = - , 25 2 og

Λ A

-L Nq sin(ø-a) sin(ø) 30 & =--- , Δφ hvor ^ = senderens vinkelposition i forhold til mid- 35 ten af liniestykket L, Øq = senderens vinkelposition i forhold til liniestykket til tiden t = T0, DK 168342 Bl 13 Θ-l = senderens vinkelposition i forhold til liniestykket L til tiden t = T^, É = senderens skrå afstand til midtpunktet af liniestykket L, 5 α = vinkelorienteringen af LBI i forhold til platformens bevægelseslinie, N0 = længden af platformens LBI i signalsvingninger = 2πϋ/λ, og Δφ = den beregnede entydige LBI-ændring i fase-10 differens mellem de to punkter TQ og T-p

Fasesammenkædning opnås ved beregning af antallet af 2π omløb, der optræder mellem to flertydige LBI-fase-målinger. Processen anvender de to SBI-vinkler til forudsigelse af et område, i hvilket den entydige LBI-fase-15 differens må ligge. Ved styring af fejloverslagene i systemet kan bredden af dette område bringes til at være ύ2π med en sandsynlighed på 0,999. Den meget præcise, men flertydige LBl-fasedifferens henføres da til den behørige 2π forøgelse. Den forudsagte entydige fasediffe-20 rens Δφρ i svingninger er givet ved

No Δφρ =- [costØ-^-cosiøo)], 25 2tr og Λ Δφ 30 Δφρ - % it- + η ύ Δφρ + %, 2π Λ hvor Δφ er den målte entydige faseforskel, og n er det 35 hele tal, den skal løses for. Den entydige ændring i faseforskellen ΔΦ mellem punkterne T0 og beregnes da af DK 168342 B1 14 Λ Δφ = Δφ + 2irn.

I den ovenstående formulering opnås vinkelpositionerne for senderen θ0 og Øj fra de beregnede vinkel-5 positioner for senderen i forhold til platformens øjeblikkelige bevægelsesvej i de to punkter T0 og Tj fra 10 = cos -1+ β, \2TTd/ hvor β = SBI's vinkelstilling i forhold til platfor-15 mens bevægelsesvej , og d = SBI’s længde.

Disse værdier og LBl-fasemålingen må derpå korrigeres for platformens rulning og stigning i de to punkter under anvendelse af konventionelle Euler-vinkel-20 transformationer.

På lignende måde vil en vilkårlig ændring i luftfartøjets kurs i de to målepunkter indføre en LBI-fase-ændring, der må beregnes og trækkes fra den en entydige faseændring. For platformstigningsvinkler Hq og Hj i de 25 to målepunkter i forhold til den lige linie, der forbinder de to punkter, LBl-orienteringsvinklen α og den målte SBI-vinkel Øj i det andet målepunkt, kan den differentialstigningsinducerede faseændring ΔφΗ beregnes af følgende 30 ΔΦΗ = N0 [ cos (Θ-L+a+H·^-cos (Ø^CI+Hq) ].

Denne formulering giver bedre nøjagtighed end en, der anvender både 00 og øj.

35 Når man har opnået den præcise afstand É fra midtpunktet af liniestykket L til senderen, kan den nøj- DK 168342 B1 15 agtige afstand fra platformen til senderen i det andet punkt T·^ let fås af Λ 5 sinø R]_ -- sinø]^

Den foretrukne fremgangsmåde til passiv afstands-10 måling fra en enkelt, bevægelig platform til en stationær, ikke samarbejdende sender for et radarsignal omfatter derfor følgende trin: måling af bølgelængden af signalet i to på hinanden følgende punkter langs platformens vej, 15 måling af den entydige fasedifferens for signalet i de to punkter med et SBI, måling af den flertydige faseforskel af signalet i de to punkter med et LBI, måling af position og højde af platformen i og 20 mellem punkterne ved hjælp af et navigationssystem NAV, beregning af den retliniede afstand og retning mellem de to punkter ud fra NAV-målingerne, beregning af den entydige vinkelposition for senderen i forhold til platformens øjeblikkelige bevægel-25 seslinie i de to punkter ud fra SBI-målingerne, beregning af den entydige vinkelposition for senderen i forhold' til det rette liniestykke ved de to punkter ud fra den beregnede entydige vinkelposition af senderen i forhold til platformen, korrigeret for plat-30 formsrulning, -stigning og -giring i de to punkter, beregning af den flertydige ændring i faseforsskellen for signalet mellem de to punkter ud fra LBI-målingerne, beregning af den entydige ændring i faseforskel-35 len for signalet mellem de to punkter ud fra de beregnede vinkelpositioner og den beregnede flertydige ændring, DK 168342 B1 16 beregning af den entydige ændring i faseforskellen i signalerne mellem de to punkter korrigeret for platformsrulning, -stigning og -kurs i de to punkter, beregning af den nøjagtige skrå afstand og vin-5 kelposition fra midtpunktet af liniestykket til senderen ud fra den målte bølgelængde af signalet, den beregnede længde af den lige linie, den beregnede vinkelposition for senderen i forhold til det lige liniestykke i det to punkter og den beregnede, korrigerede, entydige ændring 10 i faseforskel mellem de to punkter, og beregning af den nøjagtige skrå afstand og vinkelposition for platformen i forhold til senderen i det andet punkt.

Det skal bemærkes, at de tidligere skrevne lig-15 ninger for ovenstående foretrukne fremgangsmåde beregner den skrå afstand fra midtpunktet af liniestykket til senderen. Dette kan omsættes til kartesiansk afstand Rc og vinkel Øc ved korrigering af de beregnede værdier for den målte platformshøjde A over jorden ud fra følgende 20 ligninger:

Rc =Vft2 " ft2 og « \ /r2 sin2(3) - A2 9c = ^ V ft cos$ 30

Fig. 4 viser de geometriske forhold mellem værdierne for den skrå afstand É og vinkel Θ og den kartesianske afstand Rc og vinkel Øc.

Den foregående analyse går ud fra, at målingerne 35 i de to punkter Tg og foretages øjeblikkeligt. Det er imidlertid kendt, at systemegenskaberne ved praktiske DK 168342 B1 17 systemer kan forringes af signalrefleksioner og andre flervejsfejl. I den foretrukne udførelsesform for fremgangsmåden går man følgelig ud fra, at målinger af de relevante parametre kun udføres over en kort, indledende 5 del af en eller flere impulser, der måles i de to punkter for at minimere denne fejlkilde. Man går i den som eksempel angivne foretrukne udførelsesform især ud fra, at signalparametrene måles over de første 100 nanosekunder af en impuls, hvilket ligger godt inden for teknik-10 kens nuværende stade for fasemålere, der anvendes til fase- og frekvensmålinger i interferometre.

Det kan endvidere vises, at den støj inducerede fasefejl af sandsynlighedsmæssige grunde kan reduceres med en faktor på Æ ved at tage middelværdien af målin-15 gerne af de relevante parametre over et antal impulser, hvor N er antallet af uafhængige impulsmålinger foretaget i hvert punkt. Man går i den foretrukne udførelsesform følgelig ud fra, at gennemsnittet af relevante målinger tages over et antal på hinanden følgende impulser 20 i hvert af de to punkter, og det påtænkes i den som eksempel angivne foretrukne udførelsesform at tage gennemsnittet af den relevante parameter over mindst 12 på hinanden følgende impulser i hvert punkt.

I en anden udførelsesform for den foretrukne 25 fremgangsmåde måler man og tager gennemsnittet af de relevante parametre af signalbølgelængden, SBI-fasefor-skellen og LBI-faseforskellen, over de første 100 nanosekunder af 12 på hinanden følgende impulser af signalet i hvert punkt.

30 Ved differentiering af afstandsligningen og divi sion med afstanden kan der udledes en teoretisk fejlmodel, der har tre dominerende fejlled, hvor kvadratroden af summen af leddenes kvadrater giver den procentis-ke afstandsfejl. De tre dominerende fejlled er følgende: 35 DK 168342 B1 18 Λ E(S)X sin(28+a) ' ' I II /

Λ A A

2wDs sin(8+a) sin(Ø) sin(0+0) 5 E(H) sin(2ø+a) li .ii*».> - t

A A

sin(0+a) sin(Ø) 10

E(L) RX

og -,

λ A

L 2πϋ^ sin(0+a) sin(Ø) 15 hvor E(S) = standardafvigelsen for SBI-fasefejl, E(L) = standardafvigelsen for LBI-fasefejl, inklusive vibration, E(H) = kursfejl, 20 λ = bølgelængde, Θ = senderens vinkel fra midtpunktet af den rette linie, der forbinder de to målepunkter, α = LBI-vinkel bort fra platformsnæsen, 25 β = SBI-vinkel bort fra platformsnæsen,

Dg = SBI-længde,

Dj^ = LBI-længde, og L = længden af det lige liniestykke, der gennemløbes af platformen mellem målepunkter- 30 ne.

Ud fra den ovennævnte teoretiske fejlmodel kan simulationsmodeller frembringes til forudsigelse og optimering af egenskaberne for et SBI/LBI-system ifølge opfindelsen ved anvendelse af Monte Carlo simulationste-35 teknikker. Især kan det vises, at der eksisterer et kri- DK 168342 B1 19 tisk forhold mellem SBI- og LBI-dimensioner og monteringsvinkler, målefejl og LBI-vibrationsamplitude, der må tilfredsstilles for at opnå vellykket fasesammenkæd-ning. Forholdet er følgende: 5 A —

Dl sin(θ+α+Ε(θ)) 4πΑν ΚΕ(φ) -+ 1 +- sin(0+a) ύ 2π, Λ

Ds sm(ø+P) λ 10 -* hvor Ε(φ) β fasemålefejlenes standardafvigelse, tilfældig komponent, É(0) = SBI-forspændingsfejl, 15 Av = LBI-vibrationsamplitude, og K * en konstant, der bestemmer sandsynligheden for en fasesammenkædningsfejl - en værdi på 8 vil give en fejlsandsynlighed på 0,1%.

20 Værdien af Ε(φ) kan indstilles ved at ændre an tallet af målinger, som gennemsnittet tages af.

Hvis dette forhold ikke er tilfredsstillet, vil systemet lave bruttofejl analoge med de bruttofejl, der potentielt er til stede ved et konventionelt enkeltin-25 terferometersystem, og det antages følgelig, at en passiv afstandsmålemetode, der udøves i overensstemmelse med den bedste udførelsesform for opfindelsen tilfredsstiller ovenstående forhold.

30 Beskrivelse af et som eksempel tjenende SBI/LBI- system følger nu.

For at vurdere nøjagtighed og ydelse af et system ifølge opfindelsen har man bygget, fløjet med og prøvet en faktisk flyveprøvemodel. Fig. 5 viser et blokdiagram 35 af SBI/LBI-systemet, der blev prøvefløjet, og som omfatter en 229,2 mm lang, 4-element kortbasislinieinterfero- DK 168342 B1 20 met er ops tilling 1 og en 3618,0 mm lang enkeltantenne-LBI-opstilling 2, der anvender referenceantennen i SBI-opstillingen 1 som andet element. Placeret sammen med deres respektive opstillinger findes en SBI-RF/IF-kon-5 verter 3 og en LBI-RF/IF-konverter 4, fra hvilke de nedkonverterede SBI- og LBI-IF-signaler føres til en iF-behandlingsenhed 5.

En Hewlett Packard 8645B 8-12 GHz synthesizer blev anvendt som manuelt afstemt lokaloscillator 6 til 10 levering af et LO-signal gennem et delenetværk 6a til de to RF/IF-konvertere 3 og 4.

Et inertinavigationssystem 7, NAV, i den kommercielle klasse tilvejebringer på en cockpit-display-enhed 8 information om bredde, længde, rulning, stigning og 15 kurs med en hastighed på 8 målinger pr. sekund. En in-terfaceenhed 9 danner buffer for impulsmålingerne, der tilvejebringes ved iF-behandlingsenheden 5 og navigations- og højdedata fra NAV 7 og overførte data gennem indgangs/udgangsforlængelsesenheden 10 til en digital 20 behandlingsenhed 11, der har et grafisk farvedisplay 12, såvel som til en digital magnetbåndkassetteoptager 13. Et oscilloskop 14 anvendes som målesignalvideo som afstemningshjælp.

Invertere og strømforsyninger 15, 16 og 17 an-25 vendes til at omforme 28 V jævnstrøm i flyet til en strømform, der passer til anvendelse for henholdsvis RF/IF-konverterne 3 og 4, NAV'en 7 og videobehandlings- og/eller -monitorudstyr.

Systemet blev installeret i en Merlin IV flyve-30 maskine. Installationsdetaljerne er således mere et produkt af den tilgængelige plads og hensigtsmæssighed end af systemoptimering. SBl-antenneopstillingen 1 blev installeret i næser adomen, der normalt optages af en vejrradar. LBI-antennen 2 blev installeret i 2. pilo-35 tens vindue. SBI'en 1 blev installeret under en vinkel på 28,124° i forhold til flyvemaskinens centerlinie ved DK 168342 B1 21 0°'s stigning, og LBI'en 2 blev installeret under en vinkel på 11,2° i forhold til flyvemaskinens centerlinie ved en stigning på 6,0°.

Computeren 11 blev programmeret til at kunne 5 arbejde på to måder: En måde til tilvejebringelse af afstandsløsninger i sand tid og fremvisning af resultaterne på farvedisplayet 12, og en anden måde, hvor data fra IF-behandlingsenheden 5 og NAV'en 7 blev modtaget af computeren 11 og registreret på dens indre 10 magnetplademedium. Ved slutningen af hver prøve blev data kopieret fra pladen på en magnetbåndkassette 13, og pladefilen blev slettet til tilvejebringelse af plads til næste prøve. Ved slutningen af hver flyvning blev de på bånd optagne data behandlet på jorden.

15 SBI/LBI-flyveprøven blev udført på et prøveområde ved et flyveanlæg på Long Island, New York. Jordnøjag-tighed blev tilvejebragt af en Nike sporingsradar, der også tjente som målsender. Senderens karakteristika var følgende: 20 Frekvens: 8,6 GHz,

Impulsrepetitionsfrekvens: 500 impulser pr.sekund Impulsbredde: 0,25 ys Afstandsnøjagtighed: 12 m vinkelnøj agtighed: 0,1°.

25 Tidssynkronisering mellem det luftbårne system og sporingsradarklokken blev opnået med en transportabel batteridrevet tidsstandard, der blev anvendt til indstilling af computerklokken i luftfartøjet; Jordnøjag-tighedsdata omfattende tid, skrå afstand, azimuth- og 30 elevationsvinkler blev registreret på magnetbånd og kunne findes til følgende værdier:

Tid: 0,2 sekunder Afstand: 0,9 meter Vinkler: 0,01°.

35 Seks prøveflyvninger blev udført under anvendelse af tre forskellige baner omfattende områder fra 18-93 DK 168342 B1 22 km, vinkler til siden for næsen på 15-90° og luftfartø j sbevægelser på op til 2°/s drejningshastighed og plus eller minus 20° rulning.

De tre anvendte baner blev kaldt "slange", "luk-5 ning" og "halvmåne". "Slangen" er en flyvevej med en sinusformet varierende kurs. Der blev fløjet to slangeflyvninger med drejningshastigheder på 2°/s og l°/s.

"Lukningsbanen" var en næsten ligeud gående og i niveau liggende vej med en afstand og vinkel til sende-10 ren, der ændrer sig monotont. Der blev fløjet én lukningsbane .

"Halvmånebanen" blev udformet for at tilvejebringe en gradvis vinkelændring i næsten konstant afstand til senderen ved at holde en konstant drejningshastighed 15 på 0,5° /s. Der blev fløjet tre halvmåneflyvninger i nominelle afstande på 31 km, 74 km og 90 km.

Hvert prøvef ly veafsnit blev af computeren 11's pladekapacitet begrænset til 3 minutters varighed. Hvert prøveafsnit samlede 86.800 enkeltimpuls-målinger for de 20 tre faser for SBI 1, fasen for LBI 2 og fire signalamplituder, plus 1440 målinger af bredde, længde, rulning, stigning og kurs for luftfartøjet. Ved slutningen af hver prøve blev dataene kopieret på magnetbånd, og pladelageret blev slettet til næste prøve.

25 Behandlingen på jorden blev udført i to trin. I

det første trin blev enkeltimpulsdata læst fra magnetbåndet, og impulsmålingsgennemsnit blev beregnet. Dernæst blev data for bredde, længde, rulning, stigning og kurs udlæst fra båndet, interpoleret til ankomsttids-30 punkterne for impulsdataene og indpasset med gennemsnitsimpulsdataene i en enkelt fil. Ved det andet jordbehandlingstrin blev afstandsligningerne anvendt på dataene i filen, og ydelsesstatistikkerne beregnet. Den målte kvadratrod af middelværdien af summen af afstands-35 fejlenes kvadrater blev sammenlignet med den teoretiske fejlmodel for at fastslå nøjagtigheden af den teoretiske DK 168342 B1 23 model ved forudsigelse af fejl. Et resume af LBI/SBI-flyveprøverne er vist i tabellen i fig. 6. Ved udelukkelse af de to tilfælde, der involverer gennemløb 3, der blev anvendt til estimering af målefejlen for LBI 2, var 5 den samlede standardafvigelsesfejl for 13.656 afstandsmålinger 8,9% i virkeligheden i forhold til 8,6% teoretisk.

Effektivitet overfor kodede signaler.

10 Det må forventes, at signaler, hvis frekvens svinger, som er fasekodede, og hvis frekvens springer, kunne formindske SBI/LBI-afstandsmålingsnøjagtigheden, hvis man ikke forstår deres virkning på fremgangsmåden og kompenserer for denne.

15 En analyse af disse virkninger blev udført i et andet eksempel under anvendelse af et 533,15 mm kortba-sislinieinterferometer orienteret 30e fra luftfartøjets centerlinie og et 5.181,6 mm langbasislinieinterferome-ter orienteret 15° fra luftfartøjets centerlinie. I til-20 fælde af et bifasekodet chirpsignal (FM-pulskompression) forstyrres SBI og LBI målingen af en ±180° fase-"glitch", der indføres i fasemålingerne. Virkningen på ydelsen afhænger af vinklen til signalet, videobåndbredden og integrationsperioden for fasemålingerne.

25 Imidlertid viser en analyse af det værste tilfæl de for et typisk system, at den værst mulige vinkel for SBI-opstillingen er 0° og 15° for LBI'et. For et signal ved 0° er bredden af fase-glitchen 1,5 nanosekunder, eftersom forskellen i vejlængde for SBI'et er ca. 46 cm, 30 og lyset bevæger sig ca. 30 cm/nanosekund. 10 MHz videofilteret med en 35 nanosekunders stigetid dæmper denne 180° glitch til ca. 7,7°. Tager man gennemsnittet heraf over 100 nanosekunder for den foretrukne udførelsesform, vil værdien blive reduceret til 0,12° og vil følgelig 35 være forsvindende.

Ved LBI'et og for en 15° relativ vinkel er vejlængdeforskellen ca. 460 cm, og atter giver glitchen ef- DK 168342 B1 24 ter at have passeret gennem et 10 MHz videofilter, og efter at gennemsnittet er taget over 100 nanosekunder, en fejl på ca. 11,14°. Antages det, at platformen bevæger sig med en hastighed på ca. 830 km/t, og den anden 5 SBI/LBI-måling foretages efter 10 s, vil fejlen, der i den anden måling indføres af glitchen, være 14,09°. Den resulterende fejl i faseforskellen er forsvindende på 2,95°.

Det er således i et scenarium for det værste til-10 fælde for det som model angivne system heuristisk vist, at de fasekodede signaler har en forsvindende virkning på systemet ifølge opfindelsen. Det skal yderligere bemærkes, at antages et pseudotilfældigt fasekodet signal, reducerer den foretrukne udførelsesforms 12-impulsgen-15 nemsnitsmetode yderligere fejlen. Antages det, at ±180° faseændringer er lige sandsynlige, kan det vises, at de ovenfor diskuterede fejl yderligere reduceres med en faktor 6.

I tilfælde af frekvenssvingende signaler skal det 20 vises, at disse har en mindste virkning på SBI/LBI-af-standsmåleegenskaberne. Virkningerne af det lineært svingende PM vil bevirke to typer uregelmæssigheder. Den ene er, at fasemålingen ved hver antenne vil blive foretaget ved varierende frekvens. Dette kan påvirke for-25 spændingsfejlen. Den anden er kun af betydning for in-terferometre med meget lang basislinie, hvor tidsadskillelsen mellem antennerne frembringer en frekvensforskydning, der kan resultere i en yderligere fasefejl.

Ved fejl af den første art går den som eksempel 30 angivne foretrukne udførelsesform for opfindelsen ud fra, at fase- og frekvensmålinger udjævnes over de første 100 nanosekunder af impulsen, som ovenfor beskrevet. Eftersom målevejene er matchede, vil gennemsnitsfasemålingerne være overensstemmende med gennemsnitsfrekven-35 sen, og der vil ikke opstå nogen forringelse af af-standsmålenøj agtigheden.

DK 168342 Bl 25

For den anden type fejl vil egenskaberne forringes ligefremt proportionalt med hældningen af den lineære FM i impulsen. Postuleres i værste tilfælde et signal, der har en impulsbredde på 1 ys og lineær FM på 5 100 MHz, vil signalets hældning være 100 MHz pr. ys. Et interferometer modtager dette signal ved den ene antenne, før det modtages ved den anden, som følge af afstanden mellem antennerne, idet tidsforsinkelsen vokser med antennernes afstand fra hinanden. Eftersom de to kana-10 ler, der behandles ved fasedetektoren, er forskudt i tid og derfor i frekvens, vil der opstå en faseforskydning, der kunne forringe ydeevnen. Det kan vises, at frekvens-pip-faseforskydningen <1>C er givet ved 15 <J>c = 2πϋ cos(0+a) · C ♦ pulsrate · ts, hvor C = lysets hastighed, og ts = måleperioden.

For den ovenfor angivne geometri i det værste 20 tilfælde er faseforskydningerne forsvindende 0,09° for SBI'et og 1° for LBI'et. Man går følgelig ud fra, at SBI/LBI-systemet ifølge opfindelsen vil fungere nøjagtigt i alle fjendtlige omgivelser og imødegå de ovenfor diskuterede scenarier for værste tilfælde, der på den 25 anden side overgår ethvert nu kendt trusselsignal.

I tilfælde af frekvensaktive signaler må to krav opfyldes for at opnå SBI/LBI-afstandsmålingsegenskaber overfor signaler, der har et bredt RF-aktivitetsområde og tilfældigt impulsfrekvensmønster. Det første krav er 30 nøjagtigt at fasesammenkæde impulser, der optræder ved forskellige frekvenser. Det andet krav er at korrigere fasefejl, der er forårsaget af forskellen i sammenkædede impulsfrekvenser.

For at tilpasse sig disse processer må følgende 35 ændring foretages i SBI/LBI-datasamlingsprocessen ifølge den foretrukne udførelsesform. Når en frekvensaktiv ra- DK 168342 B1 26 dar detekteres, måles bølgelængde og LBI-faseforskellen over et antal impulser N og lagres i en behandlingsenhed, i stedet for at tage gennemsnittet af sættet af målinger, som det gøres i tilfældet med frekvensstabile 5 sendere. Når den anden måling er foretaget, anvendes en parringsproces for at finde impulspar inden for et ønsket frekvensområde AF. Når et tilstrækkeligt stort sæt impulspar, der falder inden for det fastlagte frekvensområde AF, er fundet, foretages en frekvensforskydnings-10 fasekorrektion for de flertydigt målte LBI-faseforskel-le, resultaterne ud jævnes og fasesammenkædes derpå.

En afvejning må foretages for at optimere værdien af AF og antallet af impulser N, der lagres og behand les. Optimeringsprocessen går ud på at finde en værdi 15 for AF, der er tilstrækkelig lille, således at fasefejlen, der resulterer fra frekvensf orskydningsfasekorrek-tionen i LBI'et, ikke forringer hverken afstandsmålenøj-agtigheden eller fasesammenkædningsfejlsandsynligheden, og tilstrækkelig stor, således at der er stor sandsyn-20 lighed for at finde mindst 12 impulspar for at imødekomme den foretrukne udførelsesforms udjævningskriterier.

For at opnå denne proces udledes først algoritmen for frekvensforskydningsfasekorrektion, dens afledede tages for at vurdere dens fejlegenskaber med hensyn til det 25 specielle system, der betragtes, og de nøjagtighedsbe-grænsninger, der må imødeses, og ud fra disse kriterier forudsiges den værdi af AF og antallet af målinger N, der behøves for at tilvejebringe en høj sandsynlighed for at opnå fasesammenkædning.

30 For den flertydige faseværdi φ2 målt ved F2, den flertydige faseværdi φ·^ målt ved frekvensen F1# SBI-vinkelmålingen Θ og LBI-orienteringen α er fasekorrektionen således givet ved ligningen: DK 168342 B1 27 Λ 2nDL cos(ø+a) (\tl-X2) Φρ2 ~ Φρΐ = -+ Γ' λ1λ2 5 hvor Γ er faseforspændingsleddet, der kan optræde, hvis der er en forskel i kabellængden fra LBI-antennen og referenceantennen til fasedetektoren. Eftersom kabellængdeforskellen vil være kendt, beregnes dette led. Det 10 har ingen indvirkning for impulser, der har samme frekvens .

Hvis den afledede af denne ligning tages, og SBI-vinkelmålingsfejHeddet substitueres, fås følgende fejlligning: 15 Λ

Dl (λ2-λ1) sin(0+ct) ♦ Ε(φ) Ε(φρ2-φΡι) = --

Ds λ! sin(ø+P) 20

Por det som eksempel byggede og afprøvede system er frekvensforskydningskorrektionsfejlen størst ved 2 GHz og 120° fra platformens næse. Imidlertid dominerer SBl-vinkelmålingsfejlen af standsmålenøj agtigheden ved 25 denne vinkel. Den vinkel, ved hvilken afstandsfejl er mest følsomme for LBI-fasemålingsfejl, er 82,5°. Ved 2 GHz, 82,5° fås således Ε(φρ -φρ ) = .005 ΔΡ Ε(φ).

30 2 1

Denne ligning repræsenterer enkeltimpulsfejl. Imidlertid tages gennemsnittet over 12 impulser i den foretrukne udførelsesform, før behandlingen fortsætter.

Med den antagne tilfældige fordeling i frekvens kan AF

35 således behandles som en tilfældig variabel med en en- DK 168342 B1 28 sartet fordeling af fra -AF til +AF. Dens standardafvigelsesværdi er da 0,167 AF efter udjævning af 12 impulser. Dette giver 5 Ε(φρ -φρ ) = .000837 AF Ε(φ).

2 1

Hvis denne fejl er på mindre end 1/4 af den tilfældige LBI-fasemålefejl, vil den have forsvindende virkning på gennemførelsen af fasesammenkædning og målenøjagtighed.

10 For det som eksempel diskuterede system med en forspændingsfejl på 10° skal AF således være mindre end ca.

96 MHz. Dette reducerer forspændingsf ej len til 0,8°, der er forsvindende sammenlignet med andre fejl.

Det resterende element i afvejningen er at vurde-15 re antallet af målinger, der er nødvendige for at tilvejebringe stor sandsynlighed for at finde mindst 12 impulspar at behandle. Sandsynligheden for, at et enkelt impulspar falder indenfor AF i en 250 MHz båndbredde, er 20 AF(500-AF)

Pp =- .

(250)2 25 Sandsynligheden for, at mindst 12 par findes i en NXN-søgning er 30 11 tv, i \2 P12 = H [1-(1-Pp) ] N .

i=o· 35 DK 168342 B1 29 Følgende tabel angiver P12 for AF = 96 N *12 12 .607 5 13 .979 14 .998

For systemet ifølge eksemplet er således kun to yderligere målinger nødvendige for at placere 12 par af 10 matchende impulser med en sandsynlighed på 0.998. I de 0,2% af tilfældende, hvor kun 11 par findes, øges fejlområdet med en meget lille faktor på 1,05. Der er ingen virkning på fasesammenkædningen, eftersom der er en rigelig margen ved 2 GHz.

15 Som det nu vil være klart for fagmanden, virker SBI/LBl-afstandsmålingsteknikken ifølge nærværende fremgangsmåde ved reelle anvendelser i nærværelse af vibrationer, multiveje, radomvirkninger, luftfartøjsmanøvreringer og målefejl. Der er udmærket korrelation mellem 20 de målte flyveprøveresultater og den ovenfor præsenterede teoretiske fejlmodel. Korrelation gør fejlmodellen gyldig som et effektivt værktøj til forudsigelse af de installerede egenskaber for et antal systemer og imod alle almindeligt kendte signalkodede målsendere. Følge-25 lig skal det ovenfor og i flyveprøveeksemplet beskrevne system tages som et praktisk eksempel, og opfindelsens ide og omfang skal kun være begrænset af de efterfølgende krav.

Aspekter af opfindelse tilvejebringer i særdeles- 30 hed: (i) en fremgangsmåde til passiv afstandsbestemmelse af den art, der omfatter måling af fasen af et sendersignal fra en bevægelig platform, og som omfatter trinnene: 35 måling af de nøjagtige, men flertydige faseæn dringer for sendersignalet mellem et antal punkter langs DK 168342 B1 30 en vej under anvendelse af et langbasislinieinterferome-ter (LBI) monteret på den bevægelige platform for at tilvejebringe vinkelforskellen i retning af senderen fra punkterne, 5 måling af den entydige fase af sendersignalet mellem punkterne langs vejen under anvendelse af et kortbasislinieinterferometer (SBI) monteret på den bevægelige platform for at tilvejebringe vinklerne til senderen fra punkterne, 10 anvendelse af SBI-vinkelmålingerne til bestemmel se af flertydigheden i LBI-vinkelforskelsmålingerne for at tilvejebringe afstanden til senderen.

(ii) Et system til passiv afstandsbestemmelse af den art, der omfatter måling af fasen af et sendersignal fra 15 en bevægelig platform, og som omfatter: et langbasislinieinterferometer (LBI) monteret på den bevægelige platform til måling af de nøjagtige, men flertydige ændringer i fasen af et sendersignal, der optræder mellem et antal punkter langs en vej til bestem-20 melse af den nøjagtige forskel i vinklerne imod senderen fra disse punkter, et kortbasislinieinterferometer (SBI) monteret på den bevægelige platform til måling af den entydige fase af sendersignalet, der optræder mellem punkterne langs 25 vejen for at bestemme vinklerne imod senderen fra disse punkter, og organer til anvendelse af SBI-vinkelmålingerne til ophævelse af flertydigheden i LBI-målingerne af forskellen i vinkel for at bestemme afstanden til senderen.

Claims (18)

1. Fremgangsmåde til passiv afstandsmåling omfattende måling af faseforskellen mellem dele af en bølgefront af et modtaget signal fra en stationær, ikke samarbejdende, sender ved et antal punkter langs en vej 5 adskilt af vilkårlige tidsperioder og afstande, under anvendelse af et langbasislinieinterferometer LBI (2) monteret på en platform, der bevæger sig mellem punkterne, for derved at få ændringen i faseforskellene, som er målt af LBI'et, hvor ændringen er flertydig, kende-10 tegnet ved trinnene, entydig måling af faseforskellen mellem dele af bølgefronten ved punkterne med et kortbasislinieinterferometer SBI (1) monteret på platformen, og anvendelse af de entydige faseforskelle målt af SBI'et til bestemmelse af flertydigheden i ændringen 15 i faseforskel målt af LBI'et, og anvendelse af den resulterende entydige ændring i faseforskelle for at få afstandsdata.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved følgende trin: 20 måling af bølgelængden og entydig faseforskel for signalet ved et første og andet punkt med kortbasisli-nieinterferometeret SBI (1), beregning af den entydige vinkelposition for senderen i forhold til vejen ved punkterne ud fra SBI-25 målingerne, forudsigelse af området, indenfor hvilket den entydige LBl-faseforskel må ligge, ud fra de beregnede vinkelpositioner, beregning af det hele antal 2π omløb, der optræ-30 der i signalet mellem punkterne ud fra det forudsagte område og de flertydige målinger, og beregning af den entydige LBl-ændring i faseforskel mellem punkterne ud fra den flertydige ændring og det beregnede antal af 2π omløb. DK 168342 B1 32

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, hvor senderen er en ikke samarbejdende sender for et impulssignal, kendetegnet ved følgende trin: måling af bølgelængden af i det mindste en del af 5 i det mindste én impuls af signalet i det første og det andet punkt langs platformens vej, måling af den entydige faseforskel af i det mindste en del af i det mindste én impuls af signalet i det første og det andet punkt med et kortbasislinieinterfe-10 rometer SBI, måling af den flertydige faseforskel for i det mindste en del af i det mindste én impuls af signalet i punkterne med et langbasislinieinterferometer LBI (2), måling af platformens position og højde i og mel-15 lem punkterne med et navigationssystem NAV (7), beregning af længde og retning af en lige linie mellem punkterne ud fra NAV-målingerne, beregning af den entydige vinkelposition for senderen i forhold til den lige linie, korrigeret for plat-20 formens rulning, stigning og kurs i det første og andet punkt ud fra SBI- og NAV-målinger, beregning af den flertydige ændring af faseforskellen for signalet mellem punkterne ud fra LBl-målin-gerne, 25 beregning af den entydige ændring i faseforskel for signalet mellem punkterne, korrigeret for platformens rulning, stigning og kurs i punkterne ud fra de beregnede vinkelpositioner, NAV-målingerne og.den beregnede flertydige ændring, og 30 beregning af den skrå afstand og vinkelpositionen af senderen i forhold til midtpunktet af den lige linie ud fra den målte bølgelængde af signalet, den beregnede længde af den lige linie, de beregnede vinkel^ jsitioner af senderen i forhold til den lige linie i punkterne og 35 den beregnede entydige ændring i faseforskellen mellem punkterne, hvorved senderens øjeblikkelige vinkelposi- DK 168342 B1 33 tion og afstand i forhold til ethvert andet punkt i rummet kan beregnes.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kende tegnet ved, at trinnene til måling af det nævnte 5 signals bølgelængde, entydige faseforskel og flertydige faseforskel i det første og andet punkt yderligere omfatter følgende trin: måling af de nævnte værdier over et antal på hinanden følgende impulser af signalet i punkterne, og 10 udjævning af værdierne over det nævnte antal im pulser .

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kende tegnet ved, at værdierne udjævnes over i det mindste 12 på hinanden følgende impulser af signalet i hvert 15 af de nævnte punkter.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, hvor senderen er en ikke samarbejdende sender for et frekvensaktivt impulssignal, kendetegnet ved følgende trin: detektering af, at signalet er frekvensaktivt, 20 måling af den entydige faseforskel af i det mindste en del af i det mindste én impuls af signalet i det første og det andet punkt langs platformens vej med et kortbasislinieinterferometer (SBI), måling af platformens position og højde i og 25 mellem punkterne med et navigationssystem NAV (7), beregning af længde og retning af en lige linie mellem punkterne ud fra NAV-målingerne, beregning af den entydige vinkelpos i-t ion for senderen i forhold til den lige linie, korrigeret for 30 platformens rulning, stigning og kurs i det første og andet punkt ud fra SBI(l)- og NAV(7)-målingerne, beregning af senderens entydige vinkelposition i forhold til midtpunktet af den lige linie fra de beregnede, entydige vinkelpositioner i det første og andet 35 punkt ud fra SBI(1)- og NAV(7)-målingerne, beregning af senderens entydige vinkelposition i forhold til midtpunktet af den lige linie fra de bereg- DK 168342 B1 34 nede, entydige vinkelpositioner i det første og andet punkt, måling af frekvensen, bølgelængden og den flertydige faseforskel af i det mindst en del af et antal 5 impulser af signalet i hvert af det første og andet punkt med et langbasislinieinterferometer (LBI) og lagring af værdierne, valg af par af i det mindste nogle af impulserne således, at hvert impulspar har en impuls fra antallet 10 af impulser målt i det første punkt og en impuls fra antallet af impulser målt i det andet punkt, og hvis frekvenser er inden for et givent området Af, beregning af den flertydige ændring i faseforskel mellem impulserne for hvert af impulsparrene, 15 beregning af fasekorrektionen som følge af fre kvensforskelle mellem impulserne i hvert impulspar og som følge af forskellen i kabellængde fra LBI antennen til fasedetektoren, under anvendelse af senderens beregnende vinkelposition i forhold til midtpunktet af 20 den rette linie, de lagrede, målte værdier af bølgelængden af impulserne, og de lagrede, målte værdier af frekvensen af impulserne, beregning af den korrigerede, flertydige ændring i faseforskel mellem impulserne i hvert impulspar, un-25 der anvendelse af den beregnede fasekorrektion, udjævning af den korrigerede, flertydige ændring i faseforskel beregnet for hvert impulspar over impulsparrene, beregning af den entydige ændring af faseforskel 30 for signalet mellem punkterne, korrigeret for platformens rulning, stigning og kurs i punkterne ud fra de beregnede vinkelpositioner for senderen, NAV-målingerne og den beregnede, korrigerede, udjævnede, flertydige ændring i faseforskel, og 35 beregning af den skrå afstand og vinkelpositionen af senderen i forhold til midtpunktet af den lige linie DK 168342 B1 35 ud fra den målte bølgelængde af signalet, den beregnede længde af den lige linie, de beregnede vinkelpositioner af senderen i forhold til den lige linie i punkterne og den beregnede entydige ændring i faseforskellen mellem 5 punkterne, hvorved senderens øjeblikkelige vinkelposition og afstand i forhold til ethvert andet punkt i rummet kan beregnes.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet ved, at trinnene til måling af signalernes 10 bølgelængde og entydige faseforskelle i det første og andet punkt yderligere omfatter trinnene: måling af nævnte parametre over signalets impulspar i punkterne, og udjævning af værdierne over impulsparrene.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 6 eller 7, ken detegnet ved, at signalets bølgelængde og entydige faseforskel måles med SBI og ud jævnes over mindst 12 af impulserne i hvert punkt før behandling, at signalets frekvens, bølgelængde og flertydige 20 faseforskel måles med LBI over mindst 14 af impulserne i det første og andet punkt og lagres, og at de lagrede værdier af LBl-målingerne af de 14 impulser parres til mindst 12 af impulsparrene før yderligere behandling.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 3 til 8, ken detegnet ved, at trinnene til måling af signalernes bølgelængde, entydige faseforskelle og flertydige faseforskelle i det første og andet punkt yderligere omfatter trinnene: 30 måling af de nævnte værdier over en første del af i det mindste én impuls af signalet i punkterne, og udjævning af værdierne over denne del.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 9, kendetegnet ved, at værdierne udjævnes over i det mind- 35 ste de første 100 nanosekunder af den nævnte ene impuls.

11. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 2 til 11, kendetegnet ved trinnene: DK 168342 B1 36 beregning af den skrå afstand og vinkelposition for senderen i forhold til platformen i det andet punkt, måling af højden af platformen over jord i det andet punkt, og 5 beregning af den kartesianske afstand og vinkel position for senderen i forhold til platformen i det andet punkt ud fra den målte højde og den beregnede skrå afstand og vinkelposition for senderen i det andet punkt.

12. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de ovenståen de krav, kendetegnet ved, at omfatte et trin bestående i at dimensionere og arrangere SBI(l) og LBI (2) således, at forholdet mellem SBI (1) og LBI (2) omfattende dimensioner, monteringsvinkler, målefejl og 15 vibrationsamplitude tilfredsstiller følgende kriterium: λ _ Dl sin(θ+α+Ε(θ)) 4πΑν ΚΕ(φ) - + 1 +- sin(9+a) έ 2π, Λ

20 Dg sin(0+0) λ - hvor: Ε(φ) = standardafvigelsen for fasemålingsfejl, tilfældig komponent,

25 DL = LBI-længde, Ds = SBI-længde, 'θ = sendervinkel fra midtpunktet af den rette linie, der forbinder de to målepunkter, α = LBI-vinkel fra platformens centerlinie, 30 β = SBI-vinkel fra platformens centerlinie, E(Θ) = SBI-forspændingsfejl, Av * LBI-vibrationsimplitude, λ = signalbølgelængde, og K = en konstant.

13. System til passiv afstandsmåling af den art, der har et langbasislinieinterferometer LBI (2) monte- DK 168342 B1 37 ret på en bevægelig platform til måling af den nøjagtige, men flertydige ændring i faseforskel mellem to eller flere punkter langs en vej adskilt af vilkårlige tidsperioder og afstande, fra et signal fra en statio-5 nær, ikke samarbejdende, sender, kendetegnet ved, at der er tilvejebragt: et kortbasislinieinterfe-rometer (SBI), der er monteret på platformen for at måle faseforskellen entydigt i de nævnte punkter, og organer til bestemmelse af flertydigheden i ændringen i 10 faseforskelle målt af LBI'et under anvendelse af de entydige faseforskelle, og organer til at få afstandsdata ud fra den resulterende entydige ændring i faseforskelle.

14. System ifølge krav 13, der yderligere omfat-15 ter signalbehandlingsorganer, kendetegnet ved organer til beregning af den entydige vinkelposition af senderen i forhold til vejen i de nævnte punkter ud fra SBI-målingerne, 20 organer til forudsigelse af området, indenfor hvilket den entydige LBI-faseforskel må ligge, ud fra de beregnede vinkelpositioner, organer til beregning af det hele antal 2ir omløb, der optræder i signalet mellem punkterne, ud fra det fo-25 rudsagte område og de flertydige målinger, og organer til beregning af den entydige LBI ændring i faseforskel mellem punkterne ud fra den flertydige ændring og det beregnede antal 2π omløb.

15. System ifølge krav 13, hvor senderen er en 30 ikke samarbejdende sender for et impulssignal, kendetegnet ved, at SBI'et (1) er arrangeret til måling af bølgelængden og den entydige faseforskel for i det mindste en del af i det mindste én impuls af signalet i et første 35 og andet punkt langs platformens vej, at LBI'et (2) er arrangeret til måling af den flertydige faseforskel af i det mindste en del af -i det DK 168342 B1 38 mindste én impuls af signalet i punkterne, hvor LBl'et (2) har en længere basislinie end SBl'et (1), navigationsorganer (7) (NAV) til måling af platformens position og højde i og mellem punkterne, og 5 signalbehandlingsorganer (11) omfattende: organer til beregning af længden og retningen af en ret linie mellem punkterne ud fra NAV-målingerne, organer til beregning af den entydige vin-10 kelposition for senderen i forhold til den rette linie, korrigeret for platformens rulning, stigning og kurs, i det første og andet punkt ud fra SBI- og NAV-målingerne, organer til beregning af den flertydige 15 ændring i faseforskel af signalet mellem punkter ne ud fra LBI(2)-målingerne, organer til beregning af den entydige ændring i faseforskellen af signalet mellem punkterne, korrigeret for platformens rulning, stigning 20 og kurs i disse punkter, ud fra de beregnede vin kelpositioner, NAV-målingerne og den beregnede flertydige ændring, og organer til beregning af senderens skrå afstand og vinkelposition i forhold til midtpunk-25 tet af den rette linie ud fra den målte bølge længde af signalet, den beregnede længde af den rette linie, den beregnede vinkelposition for senderen i forhold til den rette linie i punkterne og den beregnede, entydige ændring i fasefor-30 skel mellem punkterne, hvorved senderens øjeblik kelige vinkelposition og afstand i forhold til ethvert andet punkt i rummet kan beregnes.

16. System ifølge krav 13, kendetegnet ved organer til måling af værdierne af signalets 35 bølgelængde, entydige faseforskel og flertydige faseforskel over en indledende del af et antal af impulserne DK 168342 Bl 39 fra senderen i de nævnte punkter og til udjævning af disse værdier over den nævnte del af impulserne.

17. System ifølge krav 15 eller 16, kendetegnet ved organer til måling af platformens høj-5 de over jord, og hvor de signalbehandlende organer yderligere omfatter organer til beregning af senderens kartesianske afstand og vinkelposition i forhold til platformen i det andet punkt ud fra den målte højde og senderens beregnede skrå afstand og vinkelposition i det 10 andet punkt.

18. System ifølge ethvert af kravene 13 til 17, kendetegnet ved, at forholdene mellem SBI'en og LBI'en omfattende dimensioner, monteringsvinkler, målefejl og vibrationsamplitude tilfredsstiller følgende 15 kriterium: Λ _ Dr sin(θ+α+Ε(θ)) 4πΑν Λ 20 ΚΕ(φ) - + i +—sin(ø+a) ύ 2π, Dg sin(0+P) λ hvor: Ε(φ) = standardafvigelsen for fasemålefejl, til- 25 fældig komponent, Dl = LBI-længde, Dg = SBI-længde, Θ* = sendervinkel fra midtpunktet af den rette linie, der forbinder de to målepunkter, 30 a = LBI-vinkel fra platformens centerlinie, β = SBI-vinkel fra platformens centerlinie, E(ø) = SBI-forspændingsfejl, Av = LBI-vibrationsamplitude, λ = signalbølgelængde, og 35 K = en konstant.