RU2164694C2 - Radio navigation procedure and regional system of its implementation - Google Patents

Radio navigation procedure and regional system of its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2164694C2
RU2164694C2 RU99110290/09A RU99110290A RU2164694C2 RU 2164694 C2 RU2164694 C2 RU 2164694C2 RU 99110290/09 A RU99110290/09 A RU 99110290/09A RU 99110290 A RU99110290 A RU 99110290A RU 2164694 C2 RU2164694 C2 RU 2164694C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stations
signals
signal
station
radio
Prior art date
Application number
RU99110290/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99110290A (en
Inventor
М.И. Беленький (RU)
М.И. Беленький
Сергей Григорьевич Бычков (KZ)
Сергей Григорьевич Бычков
Вадим Евгеньевич Зеленков (KZ)
Вадим Евгеньевич Зеленков
Игорь Дмитриевич Козин (KZ)
Игорь Дмитриевич Козин
Владимир Игоревич Козин (KZ)
Владимир Игоревич Козин
Original Assignee
Санкт-Петербургский государственный университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Санкт-Петербургский государственный университет filed Critical Санкт-Петербургский государственный университет
Publication of RU99110290A publication Critical patent/RU99110290A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2164694C2 publication Critical patent/RU2164694C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: regional radio navigation. SUBSTANCE: each transceiving station of system emits and receives linear frequency modulation signals from the rest of stations. Time delays of each frequency component of linear frequency modulation signal relative to linear frequency modulation standard are measured and used to form signal of synchronization correction. Signals from n stations are received by instrument of user which identifies stations and computes own coordinates by their known coordinates. Instrument of user includes storage circuit of signals and device comparing linear frequency modulation signals with standard linear frequency modulation signal that make it feasible to raise signal-to-noise ratio and authenticity of determination of time delays of signals. EFFECT: simplified design of regional radio navigation system, decreased cost of its maintenance and improved noise immunity. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к техническим средствам оперативного определения местоположения транспортных средств и других подвижных объектов путем сопоставления в одной системе координат найденных расстояний до нескольких разнесенных в пространстве радиоизлучающих устройств-маяков с известными координатами и может быть использовано для обеспечения региональной радионавигации. The invention relates to technical means for the rapid determination of the location of vehicles and other moving objects by comparing in one coordinate system the distances found to several radiated beacon devices spaced in space with known coordinates and can be used to provide regional radio navigation.

Известен способ определения местоположения /Корнеев Б.Ю. (пер.) Глобальная система позиционирования (GPS), Москва, АО "Принт", 1994, 76 с./, заключающийся в том, что с помощью излучателей 24 высокоорбитальных спутников создают глобальное радионавигационное поле, с каждого спутника излучают на одной и той же рабочей частоте синхронизованное радиоизлучение, которое кодируют индивидуальными кодами, присущими каждому спутнику. В любой точке Земли в поле зрения пользователя находится не менее семи спутников. В месте приема принимают наиболее интенсивные излучения от четырех спутников, по кодам излучения идентифицируют спутники, по известным текущим координатам спутников определяют собственное местоположение. Система глобальной радионавигации GPS включает сеть из 24 высокоорбитальных спутников, равномерно распределенных в околоземном космическом пространстве. Бортовая аппаратура каждого спутника содержит высокостабильный УКВ-генератор, кодер, модулятор, усилитель мощности, ненаправленный излучатель, блок управления, телеметрии и связи. Аппаратура пользователя включает ненаправленную приемную антенну, радиоприемное устройство, декодер, блок идентификации спутников, таймер-синхронизатор, вычислитель координат. A known method for determining location / Korneev B.Yu. (transl.) Global Positioning System (GPS), Moscow, Print JSC, 1994, 76 pp., which consists in the fact that using emitters of 24 high-orbit satellites they create a global radio navigation field, from each satellite they emit on the same operating frequency synchronized radio emission, which is encoded by individual codes inherent in each satellite. At any point in the world, at least seven satellites are in the user's field of vision. The most intense radiations from four satellites are received at the receiving site, satellites are identified by the radiation codes, and their own location is determined by the known current coordinates of the satellites. The GPS global radio navigation system includes a network of 24 high-orbit satellites uniformly distributed in near-Earth space. The on-board equipment of each satellite contains a highly stable VHF generator, encoder, modulator, power amplifier, omnidirectional emitter, control unit, telemetry and communication. The user equipment includes an omnidirectional receiving antenna, a radio receiver, a decoder, a satellite identification unit, a timer-synchronizer, and a coordinate calculator.

Недостатком при использовании способа и системы GPS является зависимость потребителей от Министерства обороны США, которому принадлежит система GPS и которое может прекратить обслуживание гражданских и иностранных потребителей по своему усмотрению или ввести такие изменения в передачи кодов, когда точное местоопределение станет невозможным. Страна, полностью положившаяся в своих навигационных потребностях на GPS и закупившая необходимо количество приборов пользователя, попадает под вероятность зависимости, политического шантажа и диктата США. The disadvantage when using the GPS method and system is the dependence of consumers on the US Department of Defense, which owns the GPS system and which may terminate the service of civilian and foreign consumers at its discretion or introduce such changes in the transmission of codes when accurate location becomes impossible. A country that relies entirely on GPS for its navigation needs and purchases the necessary number of user devices falls under the likelihood of dependence, political blackmail and US dictatorship.

Известен способ радионавигации /Патент Японии N 60-63074, кл. G 01 S 5/10, 1991/, заключающийся в том, что единое радионавигационное поле создают суперпозицией синхронизованных излучений от региональной сети станций, из которых одна является ведущей. На ведущей станции принимают опорные тактовые сигналы, постоянно излучаемые источником, находящимся вне сферы действия сети, с помощью опорных тактовых сигналов формируют внутренние тактовые сигналы, которые последовательно задерживают на время, включающее время излучения сигнала ведомыми станциями сети. В месте приема, координаты которого необходимо определить, принимают суммарное излучение всей сети станций, по временной последовательности относительно опорного тактового сигнала идентифицируют каждую станцию, по измеренным временным и фазовым задержкам прихода сигналов от каждой станции определяют расстояния до четырех из них с наибольшими уровнями сигналов и по известным координатам каждой станции вычисляют собственные координаты. A known method of radio navigation / Japanese Patent N 60-63074, class. G 01 S 5/10, 1991 /, which consists in the fact that a single radionavigation field is created by a superposition of synchronized emissions from a regional network of stations, one of which is the leading one. At the master station, reference clock signals are received, which are constantly emitted by a source outside the scope of the network, using the reference clock signals, internal clock signals are generated, which are sequentially delayed for a time including the signal emission time by the slave stations of the network. At the receiving location, the coordinates of which must be determined, the total radiation of the entire network of stations is received, each station is identified by the time sequence relative to the reference clock signal, the distances to four of them with the highest signal levels are determined by the measured time and phase delays of the arrival of signals from each station the known coordinates of each station calculate their own coordinates.

Радионавигационная система, осуществляющая известный способ /Патент Японии N 60-63074, кл. G 01 S 5/10, 1991), включает распределенную сеть радиоизлучаемых наземных станций, одна из которых является ведущей. Аппаратурный комплекс ведущей станции включает приемник опорных тактовых сигналов - сигналов точного времени, постоянно излучаемых источником, находящимся вне сферы действия сети, формирователь внутренних тактовых сигналов, высокостабильный задающий генератор, модулятор, усилитель мощности, всенаправленную излучающую антенну. Аппаратурный комплекс остальных ведомых станций включает приемник управляющих тактовых сигналов от ведущей станции, блок задержки тактовых сигналов, высокостабильный задающий генератор, модулятор, усилитель мощности, ненаправленную излучающую антенну. Устройство пользователя включает радиоприемное устройство, фазометр, регистр координат радиоизлучающих станций, вычислитель координат, устройство отображения информации. A radio navigation system implementing the known method / Japanese Patent N 60-63074, class. G 01 S 5/10, 1991), includes a distributed network of radio-emitted ground stations, one of which is the leading one. The equipment of the leading station includes a receiver of the reference clock signals - accurate time signals constantly emitted by a source outside the scope of the network, an internal clock signal generator, a highly stable master oscillator, a modulator, a power amplifier, an omnidirectional radiating antenna. The hardware complex of the remaining slave stations includes a control clock signal receiver from the master station, a clock delay unit, a highly stable master oscillator, a modulator, a power amplifier, and an omnidirectional radiating antenna. A user device includes a radio receiver, a phase meter, a register of coordinates of radio emitting stations, a coordinate calculator, and an information display device.

Недостатками известных способов радионавигации и радионавигационной системы являются низкая помехозащищенность, использование больших мощностей излучения для создания регионального радионавигационного поля и связанный с этим высокий уровень помехи в радиоэфире. Кроме того, радионавигационная система OMEGA, работавшая в СДВ-диапазоне и осуществлявшая известный способ, прекратила свое функционирование с 01.10.97 /Никитин А.А., Худяков Г.И. Современное состояние радионавигационной системы "дифференциальная Омега", Зарубежная радиоэлектроника, М., "Радио и связь", 83, 1982, с.54-68/. The disadvantages of the known methods of radio navigation and radionavigation system are low noise immunity, the use of large radiation powers to create a regional radio navigation field and the associated high level of interference in the air. In addition, the OMEGA radio navigation system, operating in the SDV range and implementing the known method, ceased to function from 01.10.97 / Nikitin A.A., Khudyakov G.I. The Current State of the Differential Omega Radio Navigation System, Foreign Radio Electronics, M., Radio and Communication, 83, 1982, p. 54-68 /.

Известен способ радионавигации, реализованный в региональной радионавигационной системе "Лоран-С" /Европейский патент N 0315377, кл. G 01 S 1/24, 1989/, заключающийся в том, что региональное радионавигационное поле, покрывающее все пространство региона, создают с помощью сети n радиоизлучающих станций. Излучение каждой из n станций кодируют индивидуальными кодами, что позволяет в месте приема идентифицировать каждую станцию. Несущие частоты, моменты времени и периодичность посылок кодированных излучений синхронизируют идентичными высокостабильными стандартами частоты на каждой излучающей станции. В месте приема принимают ненаправленные кодированные излучения от всех станций, по кодам идентифицируют станции, измеряют временные изменения параметра (фазы) каждого излучения, по временным сдвигам моментов совпадения параметров (разности фаз) определяют время распространения сигналов от четырех станций с наибольшими уровнями сигнала, вычисляют расстояния от этих станций до места приема и по известным координатам станций вычисляют координаты места приема. A known method of radio navigation, implemented in the regional radio navigation system "Laurent-S" / European patent N 0315377, class. G 01 S 1/24, 1989 /, which consists in the fact that a regional radio navigation field covering the entire space of a region is created using a network of n radio-emitting stations. The radiation of each of the n stations is encoded with individual codes, which allows each station to be identified at the receiving site. The carrier frequencies, time instants and frequency of the packages of coded emissions are synchronized by identical highly stable frequency standards at each emitting station. Omnidirectional coded emissions from all stations are received at the receiving site, stations are identified by codes, temporary changes in the parameter (phase) of each radiation are measured, time shifts of the coincidence parameters (phase differences) are determined by the propagation time of signals from four stations with the highest signal levels, distances are calculated from these stations to the place of reception and the coordinates of the place of reception are calculated from the known coordinates of the stations.

Известна региональная радионавигационная система "Лоран-С" /Европейский патент N 0315377, кл. G 01 S 1/24, 1989/, состоящая из распределенной по региону сети n наземных радиоизлучающих станций, в состав каждой из них входят последовательно соединенные стандарт частоты (стабильность 10-12), кодер, импульсный фазовый модулятор, усилитель мощности, ненаправленная излучающая антенна. В состав станции входит также синхронизующий работу блоков станции генератор тактовых импульсов. Система включает множество приборов пользователя, устанавливаемых на транспортных средствах и прочих передвижных объектах, состоящих из последовательно соединенных приемной антенны, радиоприемного устройства, декодера, фазометра, измерителя временных задержек прихода сигналов, вычислителя координат и индикатора местоположения. Кроме того, в состав прибора входят постоянное запоминающее устройство - регистр координат радиоизлучающих станций, 3n выходов которого соединены со вторыми входами вычислителя координат, а также таймер-синхронизатор, соединенный с синхровходами всех остальных блоков прибора.Known regional radio navigation system "Laurent-S" / European patent N 0315377, class. G 01 S 1/24, 1989 /, consisting of a network of n ground-based radio-emitting stations distributed across a region, each of them includes a series-connected frequency standard (stability 10-12 ), an encoder, a pulse phase modulator, a power amplifier, an omnidirectional radiating antenna . The station also includes a clock pulse generator synchronizing the operation of the station blocks. The system includes many user devices installed on vehicles and other mobile objects, consisting of a series-connected receiving antenna, a radio receiving device, a decoder, a phase meter, a signal arrival time delay meter, a coordinate calculator, and a location indicator. In addition, the device includes a permanent storage device - a register of coordinates of radio emitting stations, 3n outputs of which are connected to the second inputs of the coordinate calculator, as well as a timer-synchronizer connected to the sync inputs of all other blocks of the device.

Недостатками известной радионавигационной системы являются низкая помехозащищенность, необходимость использования больших мощностей излучения для создания регионального радионавигационного поля и связанный с этим высокий уровень помехи в радиоэфире. К 2000 году длинноволновая система Лоран-С также прекратит работу /Френк Р.Л. Современные разработки по системе LORAN-C. ТИИЭР, 1983, т. 71, N 10, с. 8-22/. The disadvantages of the known radio navigation system are low noise immunity, the need to use large radiation powers to create a regional radio navigation field and the associated high level of interference in the air. By 2000, the long-wave system Laurent-S will also cease to work / Frank R.L. Modern developments on the LORAN-C system. TIIER, 1983, v. 71, N 10, p. 8-22 /.

Известен способ радионавигации, наиболее близкий к предлагаемому по технической сущности /Предпатент РК N 5615, кл. G 01 S 5/02, 1997/, заключающийся в том, что региональное радионавигационное поле создают синхронизованным радиоизлучением сети n радиоизлучающих станций, излучение каждой станции кодируют индивидуальным кодом, что позволяет в месте приема идентифицировать каждую станцию, несущие частоты, моменты времени и периодичность посылок - циклов кодированных сигналов синхронизуют высокостабильным стандартом частоты. В месте приема принимают ненаправленные кодированные излучения от всех станций, по кодам, хранящимся в памяти вычислителей приемно-измерительных устройств, идентифицируют станции, принятые n кодированных сигналов накапливают в течение m циклов посылок сигналов от каждой станции, увеличивая отношение сигнал/помеха в m2 раз, предотвращая сбои в работе, измеряют функции взаимной корреляции между огибающими накопленных сигналов и хранящимися в памяти эталонами кодов, измеряют моменты времени максимальной корреляции и временные задержки прихода каждого n-го сигнала, определяют времена распространения сигналов от четырех станций с наибольшими уровнями сигналов, вычисляют расстояния до этих станций и по известным координатам станций вычисляют координаты места приема.A known method of radio navigation, closest to the proposed technical essence / Prepatent RK N 5615, class. G 01 S 5/02, 1997 /, which consists in the fact that the regional radio navigation field is created by synchronized radio emission from a network of n radio-emitting stations, the radiation from each station is encoded with an individual code, which allows each station to be identified, carrier frequencies, time points and frequency of parcels - cycles of encoded signals are synchronized by a highly stable frequency standard. Omnidirectional coded emissions from all stations are received at the receiving site, the codes are identified by the computers stored in the computers of the receiving and measuring devices, the received n coded signals are accumulated during m signal transmission cycles from each station, increasing the signal-to-noise ratio by a factor of 2 , preventing malfunctions, measure the functions of cross-correlation between the envelopes of the accumulated signals and the stored code standards, measure the moments of time of maximum correlation and time delays ihoda each n-th signal determined propagation times of signals from four stations with the highest signal levels is calculated distances to these stations and from the known coordinates of stations receiving location coordinates calculated.

Известна региональная система радионавигации, наиболее близкая к предлагаемой по технической сущности /Предпатент РК N 5817, кл. G 01 S 5/02, 1997/, состоящая из n наземных радиопередающих станций, излучение которых синхронизовано стандартом частоты стабильностью 10-12, каждая станция содержит блок несущей частоты, кодер, модулятор, усилитель мощности, ненаправленную излучающую антенну и блок тактовых синхронизующих импульсов, выход которого соединен со всеми синхровходами блоков станции. В систему входят также приборы пользователя, устанавливаемые в месте приема, требующем определения координат, включающие последовательно соединенные приемную антенну, радиоприемное устройство (РПУ), декодер, измеритель временных задержек прихода сигналов, вычислитель координат и индикатор местоположения. В состав приборов пользователей входят также регистр координат радиоизлучающих станций, 3n выходов которого соединены со вторыми входами вычислителя, и таймер-синхронизатор, соединенный с синхровходами всех остальных блоков. При этом в n-1 радиоизлучающих ведомых станциях вместо стандарта частоты использованы блоки несущей частоты, каждый из которых содержит радиоприемное устройство сигналов ведущей станции и формирователь несущей частоты, блок тактовых синхронизующих импульсов представляет собой формирователь тактовых импульсов из сигналов ведущей станции, а декодер прибора пользователя включает аналого-цифровой преобразователь (АЦП), накопитель сигналов, устройство сравнения - коррелятор, регистр временных констант - времен распространения радиосигналов между каждой парой станции. Выход РПУ соединен с входом АЦП, выход которого соединен со входом накопителя, n выходов накопителя соединены с n первыми входами коррелятора, вторые n входов которого соединены с регистром эталонов кодов станций, n выходов коррелятора соединены с первыми входами измерителя временных задержек, вторые входы которого соединены с n выходами регистра временных констант.A regional radio navigation system is known that is closest to the one proposed in technical essence / Prepatent of the Republic of Kazakhstan N 5817, cl. G 01 S 5/02, 1997 /, consisting of n terrestrial radio transmitting stations whose radiation is synchronized with a frequency standard of stability 10-12 , each station contains a carrier frequency block, an encoder, a modulator, a power amplifier, an omnidirectional radiating antenna and a block of clock synchronization pulses, the output of which is connected to all sync inputs of the station blocks. The system also includes user devices that are installed at a receiving location that requires coordinates, including a series-connected receiving antenna, a radio receiving device (RPU), a decoder, a time meter for signal arrival delays, a coordinate calculator, and a location indicator. The user devices also include a register of coordinates of radio emitting stations, 3n outputs of which are connected to the second inputs of the computer, and a timer-synchronizer connected to the sync inputs of all other blocks. At the same time, in n-1 radio-emitting slave stations, instead of the frequency standard, carrier frequency blocks are used, each of which contains a radio receiver of the master station signals and a carrier frequency shaper, the clock synchronization block is a clock shaper from the master station signals, and the user device decoder includes analog-to-digital converter (ADC), signal storage device, comparison device - correlator, register of time constants - propagation times of a radio signal fishing between each pair of stations. The RPU output is connected to the ADC input, the output of which is connected to the drive input, n drive outputs are connected to the n first inputs of the correlator, the second n inputs of which are connected to the register of standards of station codes, n outputs of the correlator are connected to the first inputs of the time delay meter, the second inputs of which are connected with n outputs of the register of time constants.

Недостатком известных способа и системы радионавигации является то, что для удовлетворения основного требования их функционирования - синхронности и временной стабильности работы всех генераторов таковых синхронизующих импульсов необходимо установления высокостабильного (10-12) стандарта частоты, весьма дорогостоящего прибора, на ведущей излучающей станции и периодической коррекции с помощью транспортируемого эталона, а также незащищенность системы синхронизации от посторонних узкополосных помех.A disadvantage of the known method and system of radio navigation is that in order to satisfy the basic requirement of their functioning - synchronism and temporary stability of operation of all generators of such synchronizing pulses, it is necessary to establish a highly stable (10 -12 ) frequency standard, a very expensive device, at the leading radiating station and periodic correction with using the transported standard, as well as the insecurity of the synchronization system from extraneous narrow-band interference.

Задача изобретения - разработать способ и длинноволновую систему радионавигации, исключающие сбои синхронизации, необходимость высокостабильных стандартов частоты и периодической коррекции тактовых синхроимпульсов. The objective of the invention is to develop a method and a long-wave radio navigation system, eliminating synchronization failures, the need for highly stable frequency standards and periodic correction of clock pulses.

Технический результат, получаемый в результате осуществления изобретения, - упрощение обслуживания системы, удешевление комплекса технических средств системы радионавигации и сокращение эксплуатационных расходов, а также повышение помехозащищенности системы. The technical result obtained as a result of the invention is to simplify the maintenance of the system, reduce the cost of the complex of technical means of the radio navigation system and reduce operating costs, as well as increase the noise immunity of the system.

Требуемый технический результат достигается тем, что так же, как в известном способе радионавигации, в предлагаемом способе региональное радионавигационное поле создают синхронизованным импульсным радиоизлучением сети n радиоизлучающих станций, излучение каждой станции кодируют для идентификации ее в месте приема, синхронизуют очередность момента времени и периодичность посылок импульсов радиоизлучения, в месте приема координаты которого необходимо определить, принимают кодированные излучения от всех станций, по кодам идентифицируют станции, принятые сигналы накапливают в течение m циклов посылок сигналов от каждой станции, увеличивая отношение сигнал/помеха в m раз, предотвращая сбои в работе, измеряют временные задержки прихода каждого n-го импульсного сигнала, определяют времена распространения сигналов от четырех станций с наибольшими уровнями сигналов, вычисляют расстояния до этих станций и по известным координатам станций вычисляют координаты места приема. The required technical result is achieved by the fact that, as in the known method of radio navigation, in the proposed method, a regional radio navigation field is created by synchronized pulsed radio emission from a network of n radio emitting stations, the radiation of each station is encoded to identify it at the receiving place, the sequence of time and frequency of the pulses are synchronized radio emissions, at the receiving location the coordinates of which must be determined, receive coded emissions from all stations, by identifying codes the comfort of the station, the received signals accumulate during m cycles of sending signals from each station, increasing the signal-to-noise ratio m times, preventing malfunctions, measure the time delays of arrival of each n-th pulse signal, determine the propagation times of signals from four stations with the largest levels of signals, calculate the distances to these stations and the coordinates of the receiving location are calculated from the known coordinates of the stations.

Однако, в отличие от известного способа, в предлагаемом способе радионавигации региональное радионавигационное поле создают синхронизованным излучением линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов, на каждой станции принимают эти ЛЧМ-сигналы, измеряют временные задержки каждой частоты принятых от остальных станций ЛЧМ-сигналов относительно ЛЧМ-эталона, хранящегося на каждой станции и используемого для модуляции собственного излучения, с учетом измеренных временных задержек и известных времен распространения сигнала от остальных n-1 станций корректируют синхронизацию каждой станции. However, in contrast to the known method, in the proposed radio navigation method, a regional radio navigation field is created by synchronized radiation of linear frequency-modulated (LFM) signals, these LFM signals are received at each station, time delays of each frequency received from other stations of the LFM signals are measured relative to The LFM standard stored at each station and used to modulate its own radiation, taking into account the measured time delays and known propagation times of the signal from the rest n-1 stations adjust the timing of each station.

Требуемый технический результат достигается тем, что так же, как известная региональная система радионавигации, предлагаемая система включает n наземных синхронизованных радиоизлучающих станций, каждая станция содержит задающий генератор, кодер, блок тактовых синхронизующих импульсов, модулятор, усилитель мощности, излучающую антенну, приемную антенну и РПУ сигналов излучающих станций, а также множество приборов пользователя, включающих приемную антенну, радиоприемное устройство, демодулятор, декодер, измеритель временных задержек приходов сигналов, регистр координат радиоизлучающих станций, таймер-синхронизатор, вычислитель координат и индикатор местоположения, при этом декодер включает накопитель сигналов, устройство сравнения, регистр эталонов кода, регистр временных констант (РВК) - времен распространения радиосигналов между каждой парой станций. The required technical result is achieved by the fact that, just as the well-known regional radio navigation system, the proposed system includes n ground synchronized radio-emitting stations, each station contains a master oscillator, encoder, clock synchronization pulse unit, modulator, power amplifier, radiating antenna, receiving antenna and RPU signals of radiating stations, as well as many user devices, including a receiving antenna, a radio receiver, a demodulator, a decoder, a time delay meter rihodov signals radioemitting coordinate register stations, timer-synchronizer, and a coordinate calculator location indicator, wherein the decoder comprises a signal storage device, comparison device, a register code standards, the register time constants (RVC) - propagation times of radio signals between each pair of stations.

Однако, в отличие от известной системы, в предлагаемой региональной системе радионавигации в каждой станции модулятор выполнен как ЛЧМ-модулятор, а в состав станции дополнительно введены регистр ЛЧМ-эталона, регистр временных констант, устройство сравнения ЛЧМ-сигнала и ЛЧМ-эталона, измеритель временных задержек и формирователь сигнала коррекции синхронизации, а в приборе пользователя демодулятор выполнен как ЛЧМ-демодулятор. However, unlike the known system, in the proposed regional radio navigation system in each station, the modulator is designed as an LFM modulator, and the register of the LFM standard, a register of time constants, a device for comparing the LFM signal and LFM standard, and a time meter delays and the driver of the synchronization correction signal, and in the user device, the demodulator is designed as a chirp demodulator.

Требуемый технический результат достигается тем, что предложенный прием коррекции синхронизации работы каждой станции, при последовательном их излучении, использующий для формирования сигнала коррекции временные задержки прихода ЛЧМ-сигналов от всех остальных станций, обеспечивает жесткую временную привязку работы станций относительно друг друга - основное необходимое условие точного определения местоположения. The required technical result is achieved by the fact that the proposed correction method for synchronizing the operation of each station, with their sequential radiation, using time delays of arrival of the LFM signals from all other stations to generate the correction signal, provides a rigid time reference of the stations relative to each other - the main necessary condition for accurate location determination.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-3, где на фиг. 1 приведена схема размещения излучающих станций, на фиг. 2 - функциональная схема излучающей станции, на фиг. 3 - функциональная схема прибора пользователя. The invention is illustrated in FIG. 1-3, where in FIG. 1 shows the layout of the emitting stations, in FIG. 2 is a functional diagram of a radiating station; FIG. 3 is a functional diagram of a user device.

Каждая радиоизлучающая станция из n станций сети радионавигационной системы включает задающий генератор (ЗГ) 1, кодер (К) 2, вырабатывающий очередность, момент и интервал излучения сигнала каждой станцией, линейно-частотный модулятор (ЛЧМ) 3, усилитель мощности (УМ) 4, блок тактовых синхроимпульсов (БТСМ) 5, радиоизлучающую антенну, радиоприемную антенну, радиоприемное устройство (РПУ) 6, устройство сравнения (УС) 7, регистр ЛЧМ-эталона (РЛЧМ-Э) 8, измеритель временных задержек (ИВЗ) 9, формирователь сигнала коррекции синхронизации (ФСКС) 10, регистр временных констант - времен распространения сигнала от каждой станции (РВК) 11. Each radio-emitting station from n stations of the radio navigation system network includes a master oscillator (MZ) 1, an encoder (K) 2 that generates the sequence, moment and interval of the signal emission from each station, linear frequency modulator (LFM) 3, power amplifier (AM) 4, clock synchronization unit (BTSM) 5, a radiating antenna, a radio receiving antenna, a radio receiving device (RPU) 6, a comparison device (US) 7, a register of the LFM standard (RLCHM-E) 8, a time delay meter (IVS) 9, a correction signal conditioner Synchronization (FSKS) 10, register in constant constants - propagation times of a signal from each station (RVC) 11.

Прибор пользователя (фиг. 3) включает последовательно соединенные приемную антенну, радиоприемное устройство (РПУ) 12, накопитель сигналов (НС) 13, устройство сравнения (УС) 14, измеритель временных задержек (ИВЗ) 15 прихода сигналов, вычислитель координат (ВК) 16, индикатор местоположения (ИМП) 17, регистр ЛЧМ-эталона (РЛЧМ-Э) 18, регистр временных констант (РВК) 19, регистр координат излучающих станций (РК) 20. Блоки синхронизованы таймером-синхронизатором (Т-С) 21. При этом 3n выходов регистра координат 20 соединены со вторыми входами вычислителя 16, n выходов накопителя 13 соединены с n первыми входами устройства сравнения 14, вторые n входов которого соединены с регистром ЛЧМ-эталона 18, n выходов устройства сравнения соединены с первыми входами измерителя задержек 15, вторые входы которого соединены с n выходами регистра временных констант 19. The user device (Fig. 3) includes a series-connected receiving antenna, a radio receiving device (RPU) 12, a signal storage device (NS) 13, a comparison device (US) 14, a time delay meter (IVS) 15 signal arrival, a coordinate calculator (VK) 16 , location indicator (IMP) 17, the register of the chirp standard (RLCHM-E) 18, the register of time constants (RVK) 19, the register of coordinates of the emitting stations (RC) 20. The blocks are synchronized by a timer-synchronizer (TC) 21. In this case 3n outputs of the coordinate register 20 are connected to the second inputs of the transmitter 16, n output storage 13 n are connected to first inputs of comparator 14, the second n inputs are connected to the register 18, the reference chirp, the comparator n outputs are connected to first inputs of measuring delay 15, the second inputs of which are connected to the n outputs of the register 19, the time constants.

Способ радионавигации и функционирование радионавигационной системы осуществляют следующим образом. The method of radio navigation and the operation of the radio navigation system is as follows.

С выходов задающего генератора 1 сигналы (несущая частота 80 кГц) подают на вход блока тактовых синхроимпульсов 5, представляющий собой делитель частоты 1: 1000 и формирователь тактовых импульсов, а также на вход модулятора ЛЧМ 3 как несущую частоту. Тактовые импульсы частотой 80 Гц подают на вход кодера 2, вырабатывающего низкочастотный сигнал-код, индивидуальный для каждой станции и определяющий очередность, момент и длительность излучения. С управляющего выхода кодера 2 сигнал-код подают на управляемый вход усилителя мощности 4. С выхода модулятора 3 ЛЧМ-сигнал, синхронизованный тактовым синхроимпульсом, подают на сигнальный вход усилителя мощности 4, который усиливает и пропускает его в течение интервала времени, равного длительности сигнала-кода. С выхода усилителя 4 сигналы подают на радиоизлучающую антенну и излучают в пространство. From the outputs of the master oscillator 1, the signals (carrier frequency 80 kHz) are fed to the input of the clock clock unit 5, which is a 1: 1000 frequency divider and a clock shaper, as well as to the input of the LFM modulator 3 as the carrier frequency. Clock pulses with a frequency of 80 Hz are fed to the input of the encoder 2, which generates a low-frequency signal-code, individual for each station and determines the sequence, moment and duration of radiation. From the control output of the encoder 2, the signal code is fed to the controlled input of the power amplifier 4. From the output of the modulator 3, the LFM signal, synchronized by the clock, is fed to the signal input of the power amplifier 4, which amplifies and passes it for a time interval equal to the signal code. From the output of the amplifier 4, the signals are fed to a radio-emitting antenna and emitted into space.

Одновременно ЛЧМ-модулированные закодированные высокочастотные сигналы каждой станции поступают на приемные антенны остальных п-1 станций и РПУ 6. С низкочастотных выходов РПУ сигналы подают на один из сигнальных входов УС 7, на второй сигнальный вход которого подают ЛЧМ-эталон из регистра 8. В устройстве сравнения 7 получают сигналы, равные разности времен прихода каждой частотной составляющей ЛЧМ-сигнала относительно эталона, эти сигналы поступают в измеритель временной задержки 9, в котором находят средние задержки приходов сигналов от каждой станции. Эти задержки подают на n-1 входов формирователя сигналов коррекции синхронизации 10, на вторые n-1 входов которого подают временные константы из регистра РВК 11, с выхода формирователя 10 обобщенный сигнал коррекции подают на управляемый вход блока тактовых синхроимпульсов 5, осуществляя тем самым частотную временную привязку начала излучения каждой станции в сети станций. At the same time, the LFM-modulated encoded high-frequency signals of each station are fed to the receiving antennas of the remaining n-1 stations and RPU 6. From the low-frequency outputs of the RPU, the signals are fed to one of the signal inputs of the DC 7, the second signal input of which serves the LFM standard from register 8. V the comparison device 7 receives signals equal to the difference in the arrival times of each frequency component of the chirp signal relative to the standard, these signals are fed to the time delay meter 9, in which the average arrival delays of the signals about each station. These delays are fed to the n-1 inputs of the synchronization correction signal generator 10, to the second n-1 inputs of which the time constants from the RVC register 11 are supplied, from the output of the driver 10 the generalized correction signal is fed to the controlled input of the clock clock unit 5, thereby implementing a frequency time binding the start of radiation of each station in the network of stations.

Таким образом, создают единое радионавигационное поле, представляющее собой совокупность последовательных импульсов излучения всех станций и исключающее их суперпозицию на всем пространстве региона. Thus, they create a single radio navigation field, which is a set of successive radiation pulses of all stations and excluding their superposition throughout the region.

Последовательность ЛЧМ-сигналов от всех станций принимают на антенну и РПУ 12 прибора пользователя, с выхода которого сигнал подают в накопитель 13, где последовательность сигналов распределяют по n ячейкам, соответствующим n станциям. С n выходов накопителя 13 сигналы, накопленные в течение m циклов, что повышает отношение сигнал/шум в m2 раз, подают на первые входы устройства сравнения 14, на вторые входы которого подают из регистра ЛЧМ-эталона 18 ЛЧМ-эталон. В устройстве 14 определяют времена задержек tn принятых сигналов относительно эталона. С выходов устройства сравнения 14 сигналы, соответствующие измеренным временам прихода, подают на первые входы измерителя временных задержек 15, на вторые входы которого из регистра временных констант 19 подают сигналы, соответствующие временам распространения сигналов между каждыми парами станций. С выходов ИВЗ 15 сигналы, соответствующие временам распространения сигналов от каждой станции до места приема, подают на первые входы вычислителя координат 17, на вторые 3n входов которого подают сигналы, соответствующие координатам n радиоизлучающих станций, из регистра координат 20. С помощью таймера-синхронизатора 21 синхронизуют работу всех блоков прибора. С выходов вычислителя 16 сигналы, соответствующие координатам места приема, подают на индикатор местоположения 17, где они отображаются как в цифровом виде, так и в виде яркостной отметки на электронной карте.The sequence of chirp signals from all stations is received at the antenna and RPU 12 of the user device, from the output of which the signal is fed to drive 13, where the sequence of signals is distributed into n cells corresponding to n stations. From the n outputs of the drive 13, the signals accumulated during m cycles, which increases the signal-to-noise ratio by a factor of m 2 , are fed to the first inputs of the comparison device 14, to the second inputs of which are supplied from the register of the chirp standard 18. The device 14 determines the delay times t n the received signals relative to the reference. From the outputs of the comparison device 14, the signals corresponding to the measured arrival times are fed to the first inputs of the time delay meter 15, to the second inputs of which from the register of time constants 19 they supply signals corresponding to the propagation times of the signals between each pair of stations. From the outputs of the TDI 15, the signals corresponding to the propagation times of the signals from each station to the place of reception are fed to the first inputs of the coordinate calculator 17, to the second 3n inputs of which signals, corresponding to the coordinates of n radio-emitting stations, are supplied from the coordinate register 20. Using the timer-synchronizer 21 synchronize the operation of all units of the device. From the outputs of the calculator 16, the signals corresponding to the coordinates of the receiving location are fed to the location indicator 17, where they are displayed both in digital form and in the form of a brightness mark on the electronic map.

Работоспособность системы была подтверждена с помощью аппаратурно-программного моделирования, позволившего имитировать региональную радионавигационную систему, например, для Казахстана, см. фиг.1, территорию которого можно охватить оптимальной сетью из семи станций. Приемно-излучающая часть станций-маяков и прибор пользователя были выполнены в виде макета из типовых радиоэлектронных приборов и компьютера IBM PC-486. The operability of the system was confirmed using hardware-software modeling, which allowed to simulate a regional radio navigation system, for example, for Kazakhstan, see figure 1, the territory of which can be covered by an optimal network of seven stations. The receiving and emitting part of the beacon stations and the user device were made in the form of a model of typical electronic devices and an IBM PC-486 computer.

Использование приема линейно-частотного модулирования и формирования сигнала коррекции из временных сдвигов каждой частотной составляющей сигнала позволило жестко синхронизовать работу всей сети станций и повысило устойчивость системы к узкополосным помехам. The use of linear frequency modulation reception and the formation of a correction signal from time shifts of each frequency component of the signal made it possible to tightly synchronize the operation of the entire network of stations and increased the system's resistance to narrowband interference.

Claims (2)

1. Способ радионавигации, заключающийся в том, что региональное радионавигационное поле создают синхронизированным радиоизлучением сети n станций, излучение каждой станции кодируют для идентификации ее в месте приема, синхронизируют очередность, моменты времени и периодичность посылок импульсов радиоизлучения, в месте приема, координаты которого необходимо определить, принимают кодированные излучения от всех станций, идентифицируют станции, принятые сигналы накапливают в течение m циклов посылок сигналов от каждой станции, измеряют временные задержки прихода каждого n-го сигнала, определяют время распространения сигналов от четырех станций с наибольшими уровнями сигналов, вычисляют расстояния до этих станций и по известным координатам станций вычисляют координаты места приема, отличающийся тем, что радионавигационное поле создают синхронизованным излучением линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов, на каждой станции эти сигналы принимают, измеряют временные задержки каждой частотной составляющей ЛЧМ-сигналов от остальных n-1 станций относительно ЛЧМ-эталона, хранящегося на каждой станции и используемого для модуляции собственного излучения, с учетом измеренных временных задержек и известных временных констант - времен распространения сигнала от остальных n-1 станций корректируют синхронизацию каждой станции. 1. The method of radio navigation, which consists in the fact that the regional radio navigation field is created by synchronized radio emission from a network of n stations, the radiation of each station is encoded to identify it at the receiving location, the sequence, time points and frequency of sending radio emission pulses are synchronized at the receiving location, the coordinates of which must be determined receive coded emissions from all stations, identify the stations, the received signals are accumulated during m cycles of sending signals from each station, measured in time delays of arrival of each nth signal, determine the propagation time of signals from four stations with the highest signal levels, calculate the distances to these stations and calculate the coordinates of the receiving location using the known coordinates of the stations, characterized in that the radio navigation field is created by synchronized radiation of linearly-frequency-modulated (LFM) signals, at each station these signals are received, time delays of each frequency component of the LFM signals from the remaining n-1 stations relative to the LFM standard are measured and stored at each station and used to modulate its own radiation, taking into account the measured time delays and known time constants - the propagation time of the signal from the other n-1 is adjusted to synchronize stations each station. 2. Региональная система радионавигации, включающая n наземных синхронизированных радиоизлучающих станций, каждая станция содержит задающий генератор, с выходов которого сигналы подают на вход блока тактовых синхроимпульсов и вход модулятора, тактовые импульсы с блока тактовых синхроимпульсов подают на вход кодера, с управляющего выхода кодера сигнал подают на управляемый вход усилителя мощности, с выхода модулятора сигнал подают на сигнальный вход усилителя мощности, с выхода которого сигналы подают на радиоизлучающую антенну, закодированные высокочастотные сигналы каждой станции поступают на приемные антенны остальных n-1 станций и радиоприемное устройство (РПУ) для приема сигналов излучающих станций, множество приборов пользователей, включающих последовательно соединенные приемную антенну, радиоприемное устройство, накопитель сигналов, устройство сравнения, измеритель временных задержек приходов сигналов, вычислитель координат и индикатор местоположения, при этом 3n выходов регистра координат излучающих станций соединены со вторыми входами вычислителя координат, вторые n входов устройства сравнения соединены с регистром эталона кодов, вторые входы измерителя временных задержек приходов сигналов соединены с n выходами регистра временных констант-времен распространения сигналов между каждой парой станций, а все блоки синхронизированы таймером-синхронизатором, отличающаяся тем, что в каждой станции модулятор выполнен как линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ)-модулятор, а демодулятор в радиоприемном устройстве, каждой станции и прибора пользователя выполнен, как ЛЧМ-демодулятор, в состав каждой станции введены регистр ЛЧМ-эталона, регистр временных констант, устройство сравнения ЛЧМ-сигнала и ЛЧМ-эталона, измеритель временных задержек и формирователь сигнала коррекции синхронизации, при этом с низкочастотных выходов РПУ сигналы подают на один из сигнальных входов устройства сравнения, на второй сигнальный вход которого подают ЛЧМ-эталон из регистра ЛЧМ-эталона, из устройства сравнения сигналы поступают в измеритель временных задержек, задержки приходов сигналов с которого подают на (n-1) входов формирователя сигналов коррекции синхронизации, на вторые (n-1) входов которого подают временные константы из регистра временных констант, с выхода формирователя сигналов коррекции синхронизации сигнал коррекции подают на управляемый вход блока тактовых синхроимпульсов, а в каждом приборе пользователя регистр эталона кода выполнен как регистр ЛЧМ-эталона. 2. Regional radio navigation system, including n synchronized ground-based radio emitting stations, each station contains a master oscillator, the outputs of which are fed to the input of the clock clock block and the modulator input, clock pulses from the clock clock block are fed to the encoder input, the signal is fed from the encoder control output to the controlled input of the power amplifier, from the output of the modulator, the signal is fed to the signal input of the power amplifier, from the output of which the signals are fed to the radio-emitting antenna The high-frequency signals of each station are supplied to the receiving antennas of the remaining n-1 stations and a radio receiving device (RPU) for receiving signals from radiating stations, a plurality of user devices, including a series-connected receiving antenna, a radio receiving device, a signal storage device, a comparison device, a time delay meter of signal arrival , a coordinate calculator and a location indicator, while 3n outputs of the coordinate register of the emitting stations are connected to the second inputs of the coordinate calculator nat, the second n inputs of the comparison device are connected to the code standard register, the second inputs of the signal arrival time delay meter are connected to the n outputs of the signal propagation time constant-time register between each pair of stations, and all the blocks are synchronized by a timer-synchronizer, characterized in that in each the station modulator is designed as a linear frequency-modulated (LFM) modulator, and the demodulator in the radio receiver of each station and user device is configured as a LFM demodulator, each A register of the LFM standard, the register of time constants, a device for comparing the LFM signal and the LFM standard, a time delay meter and a generator of the synchronization correction signal are entered at the station, while signals from the low-frequency outputs of the RPU are fed to one of the signal inputs of the comparison device, to the second signal the input of which is supplied by the LFM standard from the register of the LFM standard, from the comparison device the signals are sent to a time delay meter, the arrivals delays of signals from which are fed to the (n-1) inputs of the signal generator synchronization signals, to the second (n-1) inputs of which time constants are supplied from the register of time constants, from the output of the synchronization correction signal generator, the correction signal is supplied to the controlled input of the clock clock block, and in each user device, the code standard register is executed as a register of the chirp standard .
RU99110290/09A 1999-01-25 1999-05-19 Radio navigation procedure and regional system of its implementation RU2164694C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KZ990084.1 1999-01-25
KZ990084 1999-01-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99110290A RU99110290A (en) 2001-03-10
RU2164694C2 true RU2164694C2 (en) 2001-03-27

Family

ID=19720800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99110290/09A RU2164694C2 (en) 1999-01-25 1999-05-19 Radio navigation procedure and regional system of its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2164694C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469890C2 (en) * 2010-10-15 2012-12-20 Александр Андреевич Меньтюков Method for traffic safety ensuring
RU2582595C1 (en) * 2015-04-06 2016-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Precision navigation system for mobile objects using glonass ground infrastructure data

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469890C2 (en) * 2010-10-15 2012-12-20 Александр Андреевич Меньтюков Method for traffic safety ensuring
RU2582595C1 (en) * 2015-04-06 2016-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Precision navigation system for mobile objects using glonass ground infrastructure data

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1082621B1 (en) System and method for distance measurement by inphase and quadrature signals in a radio system
US7023382B1 (en) Positioning signal transmission apparatus
CN101855566B (en) System and method for determining position over a network
US4665404A (en) High frequency spread spectrum positioning system and method therefor
CA2223537C (en) Enhanced position calculation
US5650785A (en) Low power GPS receiver
CA1115393A (en) Position surveillance using one active ranging satellite and time of arrival of a signal from an independent satellite
US6430416B1 (en) Hybrid radio location system using a combination of satellite pseudoranges and radio pseudoranges
CA2372843C (en) Improvements in or relating to object location
US7656349B2 (en) Enhancement of GNSS position determination in poor signal propagation environments
US4472720A (en) Area navigational system using geosynchronous satellites
JP2002031675A (en) Radio communication base station, radio position finding system, transmission timing-measuring apparatus and position finding center apparatus
JPH083522B2 (en) Navigation method using satellite
JP2003121538A (en) Method for sharing radio frequency in time-multiplex modulation
US3900873A (en) Installation for measurement by radio-electric transmission of a distance between two stations
CA2009344C (en) System for accurately monitoring aircraft position during training exercises
CN111405658B (en) Indoor positioning method based on fusion of sound wave positioning and Bluetooth ranging
WO2006019779A2 (en) Method and apparatus for determining time
US3566404A (en) Vehicle collision avoidance system
RU2164694C2 (en) Radio navigation procedure and regional system of its implementation
US3378837A (en) Precision tracking system
RU2115937C1 (en) Method of radio navigation measurement in pulse-position radio navigation system
RU2662642C1 (en) Method of time scale synchronization
RU2267797C2 (en) Method of determination of flying vehicle coordinates and device on base of this method
RU2282881C1 (en) Method for measuring absolute transmission time of short radio waves in ionosphere by means of radio signals with linear-frequency modulation

Legal Events

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

Effective date: 20050520