RU2204145C2

RU2204145C2 - Difference-range finding method of taking bearing to radio emission source and device for its realization

Info

Publication number: RU2204145C2
Application number: RU2000129837/09A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Сайбель
Original assignee: Военный инженерно-космический университет
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: radio engineering, taking azimuth of radio emission source in wide-base direction finding complexes. SUBSTANCE: method of taking bearing to radio emission source is based on reception of its signal by three antennas, on measurement of two time differences of reception of signal of radio emission source by antennas forming orthogonal bases, on subsequent processing of measurement results to compute values of azimuth angle of radio emission source and coordinates of point through which sight line of radio emission source passes. Obtained results are presented in form convenient for perception. Device for realization of method has three antennas positioned in vertexes of right-angled triangle, two meters of difference of time of reception of signal, units for subtraction, addition, analysis and indication. There is proposed variant of presentation of results in form convenient for perception. EFFECT: provision for determination of azimuth of radio emission source with any dimensions of measurement bases of direction finder and proposed variants of relative positions of radio emission source and antennas of direction finder. 2 cl, 9 dwg

Description

Данное предложение относится к области радиотехники и может быть использовано в пеленгационных комплексах для определения азимута источника радиоизлучения (ИРИ). This proposal relates to the field of radio engineering and can be used in direction finding complexes to determine the azimuth of a radio emission source (IRI).

Современные системы определения направления на ИРИ построены с использованием известных способов пеленгования: амплитудного (метод максимума, метод минимума, метод сравнения и др.), фазового, частотного и временного. Modern systems for determining the direction to the IRI are constructed using well-known methods of direction finding: amplitude (maximum method, minimum method, comparison method, etc.), phase, frequency and time.

Известны способы и устройства пеленгования [1-5, 10-19 и другие]. Known methods and devices for direction finding [1-5, 10-19 and others].

Так, например, известен ряд способов пеленгования, основанных на том, что фазовые соотношения между сигналами, принимаемыми в пространственно разнесенных точках, можно преобразовать в амплитудную зависимость суммы принятых сигналов от местоположения ИРИ. For example, a number of direction finding methods are known, based on the fact that the phase relations between signals received at spatially separated points can be converted into the amplitude dependence of the sum of the received signals on the location of the IRI.

Наиболее очевидным и широко применяемым является амплитудный способ пеленгования, при котором используется антенная система, имеющая диаграмму направленности с ярко выраженным максимумом. За счет механического изменения положения (ориентации) антенны осуществляется сканирование пространства, в результате чего определяется положение антенны, при котором выходной сигнал антенны имеет максимальную амплитуду, а направление, совпадающее с максимумом диаграммы направленности антенны, принимается за направление на ИРИ. The most obvious and widely used is the amplitude direction finding method, which uses an antenna system having a radiation pattern with a pronounced maximum. Due to the mechanical change in the position (orientation) of the antenna, space is scanned, which determines the position of the antenna at which the output signal of the antenna has the maximum amplitude, and the direction coinciding with the maximum of the antenna pattern is taken as the direction to the IRI.

Этот способ пеленгования можно рассматривать как вырожденный случай разностно-дальномерного способа, когда за счет механического перемещения антенной системы подбирается такое ее положение, чтобы разности дальностей от ИРИ до симметричных точек антенны были ровны нулю (а следовательно, и разности фаз сигналов, приходящих в эти точки, были равны нулю). Синфазное сложение сигналов, пришедших по различным траекториям, обеспечивает максимум энергии в точке приема. This direction finding method can be considered as a degenerate case of the differential-ranging method, when due to the mechanical movement of the antenna system its position is selected so that the distance differences from the IRI to the symmetrical points of the antenna are zero (and, consequently, the phase differences of the signals arriving at these points were equal to zero). In-phase addition of signals arriving along different paths provides maximum energy at the receiving point.

Основным недостатком такого способа является необходимость механического перемещения антенной системы или, по крайней мере, ее отдельных элементов (например, облучателя). The main disadvantage of this method is the need for mechanical movement of the antenna system or at least its individual elements (for example, an irradiator).

Известен также способ пеленгования на основе измерения разности времен приема сигналов от ИРИ двумя разнесенными антеннами [например, 6]. При отклонении положения ИРИ от перпендикуляра к центру базы возникает разность хода сигналов Δr = r₁-r₂ (r₁ и r₂ - расстояния от ИРИ до первой и второй антенн соответственно). Относительное запаздывание τ сигналов, вследствие постоянства скорости и прямолинейности распространения радиоволн, пропорционально разности хода:

Значение азимута α ИРИ вычисляется по формуле

где d - расстояние между антеннами, при этом

где r=min(r₁,r₂).There is also a method of direction finding based on measuring the difference in the time of reception of signals from the IRI by two spaced antennas [for example, 6]. When the position of the IRI deviates from the perpendicular to the center of the base, a difference in the signal path occurs Δr = r ₁ -r ₂ (r ₁ and r ₂ are the distances from the IRI to the first and second antennas, respectively). The relative delay of the τ signals, due to the constancy of the speed and linearity of the propagation of radio waves, is proportional to the path difference:

The azimuth value α IRI is calculated by the formula

where d is the distance between the antennas, while

where r = min (r ₁ , r ₂ ).

В общем случае, системы, использующие рассмотренный принцип, являются разностно-дальномерными, однако при больших удалениях ИРИ от центра базы, когда расстояние до ИРИ существенно превышает размер базы, гиперболические линии положения, свойственные разностно-дальномерному способу, в дальней зоне практически совпадают с их асимптотами, исходящими в виде лучей из центра базы. В этом случае разностно-дальномерные системы допустимо считать угломерными. In the general case, systems using the considered principle are differential-ranging, however, at large distances of the IRI from the center of the base, when the distance to the IRI is significantly larger than the base, the hyperbolic position lines characteristic of the differential-ranging method practically coincide with their asymptotes emanating in the form of rays from the center of the base. In this case, difference-ranging systems can be considered goniometric.

Пеленгование возможно также произвести на основе измерения доплеровского смещения частоты Δf_∂ [см., например, 7]. Поскольку

где λ - длина волны сигнала ИРИ,
v_r - радиальная скорость ИРИ относительно приемной антенны,
то, измеряя Δf_∂ на предельно малом интервале, можно получить вариант частотного способа, именуемый доплеровским дифференциальным, который позволяет определить значение углового параметра местоопределения α:

где v - скорость движения ИРИ в системе координат, начало которой совпадает с точкой расположения приемной антенны.Direction finding can also be done on the basis of measuring the Doppler frequency offset Δf _∂ [see, for example, 7]. Because the

where λ is the wavelength of the IRI signal,
v _r is the radial speed of the IRI relative to the receiving antenna,
then, by measuring Δf _∂ on an extremely small interval, you can get a variant of the frequency method called the Doppler differential, which allows you to determine the value of the angular location parameter α:

where v is the speed of the IRI in the coordinate system, the beginning of which coincides with the location of the receiving antenna.

Такой подход к измерению угла основан на допущении о том, что при малых измерительных базах ("малых" по сравнению с расстоянием до лоцируемого объекта) гиперболическая поверхность положения асимптотически стремится к конической, форма которой в свою очередь однозначно описывается точкой вершины и углом при основании. This approach to measuring the angle is based on the assumption that for small measuring bases ("small" compared to the distance to the positioned object) the hyperbolic position surface asymptotically tends to conical, the shape of which is in turn uniquely described by the vertex point and the angle at the base.

Основными недостатками перечисленных способов является возможность пеленгования ИРИ только в дальней зоне, т.е. при выполнении условия
r>>d, (1)
где r - расстояние до ИРИ,
d - длина измерительной базы.The main disadvantages of these methods is the possibility of direction finding IRI only in the far zone, i.e. under the condition
r >> d, (1)
where r is the distance to Iran,
d is the length of the measuring base.

Выполнение данного условия позволяет принять допущение о плоскости фронта распространения электромагнитной волны. The fulfillment of this condition allows us to make an assumption about the plane of the propagation front of the electromagnetic wave.

Известно, что точность определения пеленга ИРИ зависит от величины отношения размера измерительной базы к величине дальности до ИРИ (зависимость характеризуется выражением, учитывающим нижнюю границу Крамера-Рао [6]). Однако значительное увеличение размера измерительной базы приводит к росту систематической погрешности пеленгования, обусловленной сферичностью фронта электромагнитной волны. Величина ошибки пеленгования при значениях дальности r<10d может достигать десяти и более процентов от значения угловой координаты ИРИ. Зависимость ошибки пеленгования представлена на фиг.1. It is known that the accuracy of determining the IRI bearing depends on the ratio of the size of the measuring base to the distance to the IRI (the dependence is characterized by an expression that takes into account the lower Cramer-Rao boundary [6]). However, a significant increase in the size of the measuring base leads to an increase in the systematic error of direction finding due to the sphericity of the front of the electromagnetic wave. The magnitude of the direction finding error at range values r <10d can reach ten or more percent of the value of the angular coordinate of the IRI. The dependence of the direction finding error is presented in figure 1.

Из известных способов пеленгования наиболее близким к предлагаемому является способ [6] , основанный на измерении разностей фаз сигнала ИРИ, принимаемого тремя антеннами, образующими две пары ортогональных измерительных баз (см. фиг.2), и вычислении значения угла α азимута на ИРИ с использованием выражения

где Δφ_ij - разности фаз сигнала ИРИ, принимаемого i и j антеннами,
d_ij - размер измерительной базы, образуемой i и j антеннами,
при этом должно выполнятся условие

(λ - длина волны сигнала ИРИ). Данный способ выбран в качестве прототипа.Of the known methods of direction finding, the closest to the proposed one is the method [6], based on measuring the phase differences of the IRI signal received by three antennas forming two pairs of orthogonal measuring bases (see figure 2), and calculating the value of the azimuth angle α on the IRI using expressions

where Δφ _ij are the phase differences of the IRI signal received by i and j antennas,
d _ij is the size of the measuring base formed by i and j antennas,
while the condition

(λ is the wavelength of the IRI signal). This method is selected as a prototype.

Целью изобретения является повышение точности пеленгования и расширение функциональных возможностей пеленгатора (снятие ограничения, описываемого выражением (1)) путем учета сферичности фронта распространения электромагнитной волны. The aim of the invention is to increase the accuracy of direction finding and expand the functionality of the direction finder (removing the restrictions described by expression (1)) by taking into account the sphericity of the propagation front of the electromagnetic wave.

Поставленная цель достигается тем, что в способе пеленгования ИРИ, основанном на приеме его сигнала тремя антеннами, образующими две пары равных ортогональных измерительных баз (см. фиг.3), осуществляют измерение разностей времен прихода сигнала ИРИ на антенны, вычисляют:
значение угла γ азимута ИРИ с использованием выражения

где Δt_AC, Δt_BC - разности времен приема сигнала ИРИ антеннами, образующими пары А, С и В, С соответственно,
координаты (х_f, у_f) точки F, принадлежащей линии пеленга ИРИ, с использованием выражений

где Δr_AC = Δt_AC•c, Δr_BC = Δt_BC•c - разности дальностей от ИРИ до пар точек А, С и В, С соответственно,
отображают результат.This goal is achieved by the fact that in the method of direction finding IRI, based on the reception of its signal by three antennas, forming two pairs of equal orthogonal measuring bases (see figure 3), they measure the differences in the arrival times of the IRI signal to the antennas, calculate:
IRI azimuth angle γ using the expression

where Δt _AC , Δt _BC are the differences in the reception times of the IRI signal by the antennas forming pairs A, C and B, C, respectively,
the coordinates (x _f , y _f ) of the point F belonging to the IRI bearing line using expressions

where Δr _AC = Δt _AC • c, Δr _BC = Δt _BC • c are the distance differences from the IRI to the pairs of points A, C and B, C, respectively,
display the result.

Предлагаемый способ предполагает выполнение следующих операций:
- располагают три антенны в вершинах равнобедренного прямоугольного треугольника ΔAВС;
- принимают сигнал ИРИ на все три антенны,
- измеряют разности времен приема сигнала ИРИ антеннами, образующими ортогональные базы;
- вычисляют значения суммы и разности разностей времен приема сигнала ИРИ;
- вычисляют значение отношения суммы разностей времен приема сигнала ИРИ к разности разностей времен приема сигнала ИРИ;
- вычисляют значение функции arctan(х), в качестве аргумента которой принимается результат предыдущей операции;
- вычисляют значение координат точки, принадлежащей линии положения ИРИ;
- отображают подученные результаты.The proposed method involves the following operations:
- have three antennas at the vertices of an isosceles right triangle ΔABC;
- receive an IRI signal to all three antennas,
- measure the difference in the time of reception of the IRI signal by antennas forming orthogonal bases;
- calculate the values of the sum and difference of the differences in the times of reception of the IRI signal;
- calculate the ratio of the sum of the differences of the times of reception of the IRI signal to the difference of the differences of the times of reception of the IRI signal;
- calculate the value of the function arctan (x), which takes the result of the previous operation as an argument;
- calculate the coordinate value of the point belonging to the line of position of the IRI;
- display the results obtained.

На фиг.4 приведен вариант устройства, реализующего предлагаемый способ. Figure 4 shows a variant of the device that implements the proposed method.

Устройство состоит из трех функционально связанных элементов:
- антенной системы, содержащей три антенны 1, 2 и 3;
- системы измерения, содержащей блоки 4 и 5, предназначенные для измерения разностей времен приема сигнала ИРИ парами антенн (1, 2) и (2, 3);
- системы обработки и отображения, содержащей вычислительные блоки 6-8 и блок 9, осуществляющий визуализацию результатов.The device consists of three functionally related elements:
- an antenna system containing three antennas 1, 2 and 3;
- a measurement system containing blocks 4 and 5, designed to measure differences in the time of reception of the IRI signal by pairs of antennas (1, 2) and (2, 3);
- processing and display systems containing computing units 6-8 and unit 9, which implements a visualization of the results.

Принцип работы предлагаемого устройства состоит в следующем. Антенны 1, 2 и 3 располагают в трех точках трехмерного пространства А, В, С, имеющих координаты (x_A, y_A, z_A), (х_В, y_В, z_B) и (х_С, y_C, z_C) соответственно.The principle of operation of the proposed device is as follows. Antennas 1, 2 and 3 are located at three points in the three-dimensional space A, B, C, with coordinates (x _A , y _A , z _A ), (x _B , y _B , z _B ) and (x _C , y _C , z _C ) respectively.

Для удобства и наглядности дальнейшего изложения предположим, что точка расположения ИРИ совладает с некоторой точкой D, имеющей координаты x, y, z. Обозначим разности расстояний от нее до точек А и В через Δr_AB, а разность расстояний до точек А и С через Δr_AC.For convenience and clarity of the further discussion, we assume that the IRI location point coincides with some point D having coordinates x, y, z. We denote the differences of the distances from it to points A and B by Δr _AB , and the difference of the distances to points A and C by Δr _AC .

Введем в рассмотрение систему координат Охуz, заданную таким образом, чтобы ее начало совпадало с серединой отрезка АВ, ось Ох была коллинеарна вектору

, а плоскость хОу совпадала с плоскостью АВС (фиг.5). Тогда координаты точек А, В и С в системе Охуz соответственно равны
х_А=-a; y_A=0; z_A=0;
х_В=a; y_B=0; z_B=0;
х_C=0; y_C=a; z_C=0,
где a = |AB|/2,
и, следовательно, можно записать

Возведя в квадрат правую и левую части уравнения (2), получим

а следовательно,

Если раскрыть скобки в левой части и произвести упрощения, то уравнение (3) примет вид канонического уравнения двуполостного гиперболоида вращения:

где

Таким образом, из приведенных выше рассуждений следует, что точка D принадлежит поверхности, описываемой уравнением (4) (см. фиг.6).We introduce the coordinate system Oxuz defined in such a way that its origin coincides with the middle of the segment AB, the axis Ox is collinear to the vector

, and the xOy plane coincided with the ABC plane (Fig. 5). Then the coordinates of points A, B, and C in the system Oxyz are respectively equal
x _A = -a; y _A = 0; z _A = 0;
x _B = a; y _B = 0; z _B = 0;
x _C = 0; y _C = a; z _C = 0,
where a = | AB | / 2,
and therefore can be written

Squaring the right and left sides of equation (2), we obtain

and consequently,

If you open the brackets on the left side and simplify, then equation (3) takes the form of the canonical equation of a two-sheeted hyperboloid of revolution:

Where

Thus, from the above reasoning, it follows that the point D belongs to the surface described by equation (4) (see Fig.6).

Однако следует учитывать, что при возведении в квадрат уравнения (2) произошла потеря знака значения разности дальностей Δr_AB, поэтому реально точка D
может принадлежать только одной ветви гиперболоида в соответствии с системой условий

Аналогично, введя в рассмотрение систему координат О'x'у'z', начало которой совпадает с серединой отрезка АС, ось О'х' коллинеарна полупрямой АС, а плоскость x'O'y' совпадает с плоскостью ОхуzO', можно получить, что точка D принадлежит поверхности, описываемой уравнением

где

х', у', z' - координаты точки D в системе координат О'х'у'z';
b = |AC|/2.However, it should be borne in mind that when squaring equation (2), the sign of the distance difference value Δr _{AB was} lost, therefore, point D
can belong to only one branch of the hyperboloid in accordance with the system of conditions

Similarly, introducing the coordinate system O'x'y'z ', the beginning of which coincides with the middle of the segment AC, the axis O'x' is collinear to the half-line AC, and the plane x'O'y 'coincides with the plane ОхуzO', we can obtain that the point D belongs to the surface described by the equation

Where

x ', y', z '- coordinates of the point D in the coordinate system O'x'y'z';
b = | AC | / 2.

Поскольку точка D принадлежит одновременно двум поверхностям, следовательно, она принадлежит линии пересечения этих поверхностей. Since the point D belongs simultaneously to two surfaces, therefore, it belongs to the line of intersection of these surfaces.

Поскольку плоскости хОу и x'О'y' совпадают, то уравнение (7) в системе координат Oxyz можно получить, произведя замену переменных в соответствии с известными выражениями [8]:
x′ = (x-x₀)cosα+(y-y₀)sinα,
y′ = -(x-x₀)sinα+(y-y₀)cosα,
где х₀, у₀ - координаты точки О'х' системе координат Oxyz;
α - угол между координатными осями Ох и O'x' (см. фиг.7).Since the xOy and x'O'y 'planes coincide, then equation (7) in the Oxyz coordinate system can be obtained by changing the variables in accordance with the known expressions [8]:
x ′ = (xx ₀ ) cosα + (yy ₀ ) sinα,
y ′ = - (xx ₀ ) sinα + (yy ₀ ) cosα,
where x ₀ , y ₀ - coordinates of the point O'x 'coordinate system Oxyz;
α is the angle between the coordinate axes Ox and O'x '(see Fig.7).

В результате такого преобразования уравнение (7) примет вид
х²а₂+у²b₂+хус₂+хd₂+уе₂+f₂=z², (9)
где

Если рассмотреть разность разностей расстояний от точки D до пар точек А, В и А, С, то очевидно, что

то есть разность разностей расстояний от точки D до пар точек А, В и А, С равна разности расстояний от точки D до пары точек С, В. Из чего следует, что точка D также принадлежит и третьей поверхности, описываемой уравнением
х²a₃+у²b₃+xyc₃+xd₃+уe₃+f₃=z², (11)
где

d₃=a;
e₃=a;

Таким образом, местоположение точки D в системе координат Oxyz определяется системой уравнений

где

Система уравнений (12) связывает неизвестные значения координат точки D с известными координатами точек А, В, С и значениями разностей дальностей Δr_AB, Δr_AC и Δr_BC. Однако, ввиду наличия функциональной взаимосвязи между входящими в систему уравнениями, данная система имеет бесконечное множество решений. В состав множества решений будут входить векторы координат всех точек пересечения поверхностей положения точки D, описываемых входящими в систему (12) уравнениями.As a result of this transformation, equation (7) takes the form
x ² a ₂ + y ² b ₂ + hus ₂ + xd ₂ + ye ₂ + f ₂ = z ² , (9)
Where

If we consider the difference in the differences of distances from point D to pairs of points A, B and A, C, then it is obvious that

that is, the difference in the differences of the distances from the point D to the pairs of points A, B and A, C is equal to the difference in the distances from the point D to the pair of points C, B. It follows that the point D also belongs to the third surface described by the equation
x ² a ₃ + y ² b ₃ + xyc ₃ + xd ₃ + ye ₃ + f ₃ = z ² , (11)
Where

d ₃ = a;
e ₃ = a;

Thus, the location of point D in the Oxyz coordinate system is determined by the system of equations

Where

The system of equations (12) associates unknown values of the coordinates of point D with the known coordinates of points A, B, C and the values of the distance differences Δr _AB , Δr _AC and Δr _BC . However, due to the presence of a functional relationship between the equations included in the system, this system has an infinite number of solutions. The set of solutions will include the coordinate vectors of all the intersection points of the surfaces of the position of the point D described by the equations included in system (12).

Найдем уравнение пространственной линии, содержащей все точки, координаты которых являются корнями системы уравнений (12). Для этого рассмотрим сечение поверхностей положения точки D плоскостью, описываемой уравнением z= z_s=const.We find the equation of the spatial line containing all points whose coordinates are the roots of the system of equations (12). To do this, we consider the section of the surfaces of the position of the point D by the plane described by the equation z = z _s = const.

Для произвольного значения z_s можно записать

где f'₁=f₁-z² _s; f'₂=f₂-z² _s; f'₃=f₃-z² _s. (15)
Входящие в систему (14) уравнения являются уравнениями гипербол. Таким образом, решить систему уравнений (14) - это значит найти координаты точек пересечения трех гипербол, описываемых входящими в систему уравнениями.For an arbitrary value of z _s, we can write

where f ' ₁ = f ₁ -z ² _s ; f ' ₂ = f ₂ -z ² _s ; f ' ₃ = f ₃ -z ² _s . (fifteen)
The equations in system (14) are hyperbole equations. Thus, to solve the system of equations (14) - this means finding the coordinates of the intersection points of the three hyperbolas described by the equations included in the system.

С целью нахождения решений системы (14) приведем ее к виду

где d₁₅=(a₁(b₂d₃-b₃d₂)-b₁(a₂d₃-a₃d₂))/G;
e₁₅=(a₁(b₂e₃-b₃e₂)-b₁(a₂e₃-a₃e₂))/G;
f₁₅=(a₁(b₂f₃-b₃f₂)-b₁(a₂f₃-a₃f₂)+f₁(a₂b₃-a₃b₂))/G; d₂₆=-a₁(c₂d₃-c₃d₂)/G;
e₂₆=-a₁(c₂e₃-c₃e₂)/G;
f₂₆=(-a₁(c₂f₃-c₃f₂)-f₁(a₂c₃-a₃c₂))/G;
d₃₆=b₁(c₂d₃-c₃d₂)/G;
e₃₆=b₁(c₂e₃-c₃e₂)/G;
f₃₆=(b₁(c₂f₃-c₃f₂)+f₁(b₂c₃-b₃c₂))/G;
G=a₁(b₂c₃-b₃c₂)-b₁(a₂c₃-a₃c₂).In order to find solutions to system (14), we bring it to the form

where d ₁₅ = (a ₁ (b ₂ d ₃ -b ₃ d ₂ ) -b ₁ (a ₂ d ₃ -a ₃ d ₂ )) / G;
e ₁₅ = (a ₁ (b ₂ e ₃ -b ₃ e ₂ ) -b ₁ (a ₂ e ₃ -a ₃ e ₂ )) / G;
f ₁₅ = (a ₁ (b ₂ f ₃ -b ₃ f ₂ ) -b ₁ (a ₂ f ₃ -a ₃ f ₂ ) + f ₁ (a ₂ b ₃ -a ₃ b ₂ )) / G; d ₂₆ = -a ₁ (c ₂ d ₃ -c ₃ d ₂ ) / G;
e ₂₆ = -a ₁ (c ₂ e ₃ -c ₃ e ₂ ) / G;
f ₂₆ = (- a ₁ (c ₂ f ₃ -c ₃ f ₂ ) -f ₁ (a ₂ c ₃ -a ₃ c ₂ )) / G;
d ₃₆ = b ₁ (c ₂ d ₃ -c ₃ d ₂ ) / G;
e ₃₆ = b ₁ (c ₂ e ₃ -c ₃ e ₂ ) / G;
f ₃₆ = (b ₁ (c ₂ f ₃ -c ₃ f ₂ ) + f ₁ (b ₂ c ₃ -b ₃ c ₂ )) / G;
G = a ₁ (b ₂ c ₃ -b ₃ c ₂ ) -b ₁ (a ₂ c ₃ -a ₃ c ₂ ).

Из первого уравнения системы (16) следует, что

Поэтому систему уравнений (16) можно представить в виде

где А₁=d₂₆;
B₁=d² ₁₅+2d₂₆e₁₅-d₁₅e₂₆+f₂₆;
C₁=2d₁₅f₁₅+e² ₁₅d₂₆-f₁₅e₂₆-d₁₅e₁₅e₂₆+2e₁₅f₂₆;
D₁=f² ₁₅-f₁₅e₁₅e₂₆+2e² ₁₅f₂₆;
B₂=e₁₅+d₃₆;
C₂=d₃₆e₁₅-d₁₅e₃₆+f₃₆;
D₂=e₁₅f₃₆-e₃₆f₁₅,
или эквивалентно

Решениями квадратного уравнения системы (18) являются два значения переменной х, определяемые общеизвестными выражениями:

где а, b, с - коэффициенты квaдрamoгo уравнения для данного конкретного случая, равные:

Если ввести обозначения

и

то частное разности переменных у₁ и у₂ и разности корней квадратного уравнения х₁ и х₂ определяется выражением

а суммы переменных y₁, y₂ и корней квадратного уравнения х₁, х₂ определяются выражениями

Полученный результат может быть интерпретирован следующим образом: поскольку значение отношения (19) не зависит от значения переменной z, следовательно, с учетом (20) все точки, координаты которых являются решениями системы
уравнений (12), лежат в одной плоскости, перпендикулярной плоскости хОу, пересекающей ось Ох под углом

и проходящей через точку с координатами

Поскольку Δr_BC = Δr_AC-Δr_AB, то уравнение (21) можно представить в виде

Полученный результат означает, что отношение суммы и разности разностей дальностей от двух пар опорных точек до искомой точки расположения ИРИ определяет направление (угол γ) на источник радиоизлучения, расположенный на произвольной высоте h над плоскостью АВС (см. фиг.8).From the first equation of system (16) it follows that

Therefore, the system of equations (16) can be represented as

where A ₁ = d ₂₆ ;
B ₁ = d ² ₁₅ + 2d ₂₆ e ₁₅ -d ₁₅ e ₂₆ + f ₂₆ ;
C ₁ = 2d ₁₅ f ₁₅ + e ² ₁₅ d ₂₆ -f ₁₅ e ₂₆ -d ₁₅ e ₁₅ e ₂₆ + 2e ₁₅ f ₂₆ ;
D ₁ = f ² ₁₅ -f ₁₅ e ₁₅ e ₂₆ + 2e ² ₁₅ f ₂₆ ;
B ₂ = e ₁₅ + d ₃₆ ;
C ₂ = d ₃₆ e ₁₅ -d ₁₅ e ₃₆ + f ₃₆ ;
D ₂ = e ₁₅ f ₃₆ -e ₃₆ f ₁₅ ,
or equivalent

The solutions of the quadratic equation of system (18) are two values of the variable x, defined by well-known expressions:

where a, b, c are the coefficients of the quadratic equation for this particular case, equal to:

If we introduce the notation

and

then the partial difference of the variables y ₁ and y ₂ and the difference of the roots of the quadratic equation x ₁ and x ₂ is determined by the expression

and the sums of the variables y ₁ , y ₂ and the roots of the quadratic equation x ₁ , x _{2 are} determined by the expressions

The obtained result can be interpreted as follows: since the value of relation (19) does not depend on the value of the variable z, therefore, taking into account (20), all points whose coordinates are solutions of the system
equations (12) lie in one plane perpendicular to the xOy plane intersecting the axis Ox at an angle

and passing through a point with coordinates

Since Δr _BC = Δr _AC -Δr _AB , then equation (21) can be represented as

The obtained result means that the ratio of the sum and difference of the difference of distances from two pairs of reference points to the desired location of the IRI determines the direction (angle γ) to the radio source located at an arbitrary height h above the ABC plane (see Fig. 8).

Если для измерения разностей дальностей Δr_AC и Δr_BC использовать измерители разностей времен сигнала ИРИ, приходящего в точки А, В и С, то уравнение (22) можно переписать в виде

где Δt_AC, Δt_BC - разности времен приема сигнала ИРИ в точках А и С и В и С соответственно,
с - скорость распространения радиосигнала.If to measure the differences of the distances Δr _AC and Δr _BC, use the time difference meters of the IRI signal arriving at points A, B and C, then equation (22) can be rewritten in the form

where Δt _AC , Δt _BC are the differences in the reception times of the IRI signal at points A and C and B and C, respectively,
C is the propagation speed of the radio signal.

В состав заявляемого устройства входят антенны 1, 2 и 3, измерители разности времен 4 и 5, блок вычитания 6, блок суммирования 7, блок анализа 8, блок индикации 9. The composition of the claimed device includes antennas 1, 2 and 3, time difference meters 4 and 5, a subtraction unit 6, a summing unit 7, an analysis unit 8, an indication unit 9.

Выходы антенн 1 и 2 соединены с первыми входами измерителей разности времен 4 и 5, на вторые входы которых подается сигнал с выхода антенны 3. Выход измерителя разности времен 4 подключается к первым входам блока вычитания 6 и блока суммирования 7, а выход измерителя разности времен 5 подключается ко вторым входам блока вычитания 6 и блока суммирования 7. На входы блока анализа поступают сигналы с выходов измерителей разности времен 4 и 5, блока вычитания 6 и блока суммирования 7. Выход блока анализа подключен ко входу блока индикации. The outputs of the antennas 1 and 2 are connected to the first inputs of the time difference meters 4 and 5, the second inputs of which send a signal from the output of the antenna 3. The output of the time difference meter 4 is connected to the first inputs of the subtraction unit 6 and the summing unit 7, and the output of the time difference meter 5 It is connected to the second inputs of the subtraction block 6 and the summing block 7. The inputs of the analysis block receive signals from the outputs of the time difference meters 4 and 5, the subtraction block 6 and the summing block 7. The output of the analysis block is connected to the input of the indication block.

Антенны 1, 2 и 3 располагают в вершинах равнобедренного прямоугольного треугольника ΔАВС соответственно. Antennas 1, 2 and 3 are located at the vertices of an isosceles right triangle ΔABC, respectively.

Сигнал ИРИ, принятый антеннами 1, 2 и 3, на их выходах имеет вид
u₁(t) = U(t)cos(ω₀t+φ₀),
u₂(t) = U(t+Δt₂₁)cos[ω₀(t+Δt₂₁)+φ₀],
u₃(t) = U(t+Δt₃₁)cos[ω₀(t+Δt₃₁)+φ₀],
соответственно.The IRI signal received by antennas 1, 2 and 3, at their outputs has the form
u ₁ (t) = U (t) cos (ω ₀ t + φ ₀ ),
u ₂ (t) = U (t + Δt ₂₁ ) cos [ω ₀ (t + Δt ₂₁ ) + φ ₀ ],
u ₃ (t) = U (t + Δt ₃₁ ) cos [ω ₀ (t + Δt ₃₁ ) + φ ₀ ],
respectively.

Сигналы с выходов антенн 1 и 3 поступают на первый и второй входы измерителя разности времен 4 соответственно, аналогично сигналы с выходов антенн 2 и 3 поступают на первый и второй входы измерителя разности времен 5 соответственно. Измерители разности времен 4 и 5 осуществляют операцию измерения разностей времен Δt₁₃ и Δt₂₃ прихода сигнала ИРИ на пары антенн (1, 3) и (2, 3). При этом
Δt_ij = t_i-t_j,
где t_k - время прихода сигнала ИРИ на k-ую антенну,
Δt_nm - разность времен прихода сигнала ИРИ на n-ую и m-ую антенны.The signals from the outputs of antennas 1 and 3 are fed to the first and second inputs of the time difference meter 4, respectively, similarly, the signals from the outputs of antennas 2 and 3 are fed to the first and second inputs of the time difference meter 5, respectively. The time difference meters 4 and 5 perform the operation of measuring the time differences Δt ₁₃ and Δt _{23 of the} arrival of the IRI signal to the pairs of antennas (1, 3) and (2, 3). Wherein
Δt _ij = t _i -t _j ,
where t _k is the arrival time of the IRI signal at the k-th antenna,
Δt _nm is the difference in the arrival times of the IRI signal at the nth and mth antennas.

Измерители разности времен 4 и 5 реализуют один из известных [например, 9] способов измерения разности времен. The time difference meters 4 and 5 implement one of the known [for example, 9] methods for measuring the time difference.

С выходов измерителей разностей времен 4 и 5 измеренные значения Δt₁₃ и Δt₂₃ поступают на блоки вычитания 6 и суммирования 7. Блок вычитания осуществляет операцию вычисления значения t_Δ разности разностей времен приема сигнала ИРИ; блок суммирования осуществляет операцию вычисления значения t_Σ суммы разностей времен приема сигнала ИРИ:
t_Σ = Δt₁₃+Δt₂₃,
t_Δ = Δt₁₃-Δt₂₃.
Вычисленные значения t_Δ и t_Σ с выходов блоков 6 и 7 поступают на первый и четвертый входы блока анализа 8, на второй и третий входы которого поступают значения разностей времен Δt₁₃ и Δt₂₃ с выходов измерителей разностей времен 4 и 5. Блок анализа 8 представляет собой специализированное вычислительное устройство, выполняющее следующие вычислительные операции:
- вычисляется значение отношения

- вычисляют значение γ угла места ИРИ с использованием выражения
γ=arcаn(w),
где в качестве аргумента используется результат предыдущей вычислительной операции;
- вычисляют значения х_f, у_f координат точки, принадлежащей линии положения ИРИ.From the outputs of the

time difference meters

4 and 5, the measured values Δt ₁₃ and Δt ₂₃ are sent to the subtraction 6 and summation blocks 7. The subtraction unit performs the operation of calculating the value t _{Δ of the} difference in the difference in the times of receiving the IRI signal; the summing unit performs the operation of calculating the value of t _{Σ the} sum of the differences in the reception times of the IRI signal:
t _Σ = Δt ₁₃ + Δt ₂₃ ,
t _Δ = Δt ₁₃ -Δt ₂₃ .
The calculated values of t _Δ and t _Σ from the outputs of

blocks

6 and 7 go to the first and fourth inputs of the analysis unit 8, the second and third inputs of which receive the values of the time differences Δt ₁₃ and Δt ₂₃ from the outputs of the meters of the differences of

times

4 and 5. Analysis unit 8 It is a specialized computing device that performs the following computing operations:
- the ratio value is calculated

- calculate the value of the elevation angle γ of the IRI using the expression
γ = arcan (w),
where the result of the previous computational operation is used as an argument;
- calculate the values of x _f , y _f coordinates of the point belonging to the line of position of the IRI.

Вычисленные значения γ, х_f, у_f с выхода блока анализа поступают в блок индикации, который предназначен для визуализации результатов предлагаемого способа пеленгования.The calculated values of γ, x _f , y _f from the output of the analysis unit go to the display unit, which is designed to visualize the results of the proposed direction finding method.

Вариант отображения результатов пеленгования представлен на фигуре 9. A variant of the display of the results of direction finding is presented in figure 9.

Таким образом, предлагаемые способ пеленгования и устройство для его реализации, по сравнению с прототипом, обеспечивают возможность определения азимута ИРИ при любых размерах измерительных баз пеленгатора и вариантах взаимного расположения ИРИ и антенн пеленгатора. Thus, the proposed method of direction finding and a device for its implementation, in comparison with the prototype, provide the ability to determine the azimuth of the IRI for any size of the measuring bases of the direction finder and the relative positions of the IRI and direction finding antennas.

Кроме того, предлагаемый способ пеленгования ИРИ инвариантен к нестабильности несущий частоты и виду модуляции принимаемых сигналов. Тем самым функциональные возможности пеленгатора расширены. In addition, the proposed method of direction finding IRI is invariant to the instability of the carrier frequency and the type of modulation of received signals. Thus, the functionality of the direction finder is expanded.

Источники информации
1. Шебшаевич B. C. Введение в теорию космической навигации. - М.: Сов. радио, 1971. - 296 с.Sources of information
1. Shebshaevich BC Introduction to the theory of space navigation. - M .: Owls. Radio, 1971. - 296 p.

2. Дулевич В.Е., Коростелев А.А., Мельник Ю.А. и др. Теоретические основы радиолокации./Под ред. В.Е. Дулевича. - М.: Сов. радио, 1964. - 732 с. 2. Dulevich V.E., Korostelev A.A., Melnik Yu.A. and other Theoretical foundations of radar. / Ed. V.E. Dulevich. - M .: Owls. Radio, 1964 .-- 732 p.

3. Теоретические основы радиолокации. Учебное пособие для вузов./Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Сов. радио, 1970. - 560 с. 3. Theoretical foundations of radar. Textbook for universities. / Ed. POISON. Shirman. - M .: Owls. Radio, 1970 .-- 560 p.

4. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. - М.: Сов. радио, 1973. - 496 с. 4. Finkelstein M.I. Basics of radar. - M .: Owls. Radio, 1973.- 496 p.

5. Белоцерковский Г. Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. - М.: Сов. радио, 1975. - 336 с. 5. Belotserkovsky G. B. Fundamentals of radar and radar devices. - M .: Owls. Radio, 1975 .-- 336 p.

6. Клименко Н.Н., Клименко С.В. Современное состояние теории и практики радиоинтерферометрии.//3арубежная радиоэлектроника, 1990. N 1. - С.3-14. 6. Klimenko N.N., Klimenko S.V. The current state of the theory and practice of radio interferometry. // 3-abroad radio electronics, 1990. N 1. - C.3-14.

7. Международная космическая радиотехническая система обнаружения терпящих бедствие. /Под ред. В.С. Щебшаевича. - М.: Радио и связь, 1987. - 376 с. 7. The international space radio-technical system for detecting those in distress. / Ed. V.S. Schebshaevich. - M .: Radio and communications, 1987 .-- 376 p.

8. Корн Г. , Корн М. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М.: Наука, 1984. - 832 с. 8. Korn G., Korn M. Handbook of mathematics for scientists and engineers. - M .: Nauka, 1984. - 832 p.

9. Wuu Chenn, Pearson Allan E. On time deley estimation involving received signals. /IEEE Trans. Acount., Speech and Signal Process., 1984, 32, N 4, C.828-835. 9. Wuu Chenn, Pearson Allan E. On time deley estimation involving received signals. / IEEE Trans. Acount., Speech and Signal Process., 1984, 32, N 4, C.828-835.

10. Радиопеленгационная система, использующая круглую антенную решетку. Патент США 4633257. 10. Radio direction finding system using a circular antenna array. U.S. Patent 4,633,257.

11. Пеленгатор: А.с. СССР 1555695 МКИ⁵ G 01 S 3/46. Дикарев В.И., Провоторов Г.Ф., Шерстобитов В.В.11. Direction finder: A.S. USSR 1555695 MKI ⁵ G 01 S 3/46. Dikarev V.I., Provotorov G.F., Sherstobitov V.V.

12. Активная радиоинтерференционная система Патент Японии 57-51632. 12. Active radio interference system. Japanese Patent 57-51632.

13. Интерферометр. Патент ГДР 290308. 13. Interferometer. GDR patent 290308.

14. Способ и аппаратура для пеленгации и частoтнoй идентификации. Патент 4443801 США. 14. Method and apparatus for direction finding and frequency identification. U.S. Patent 4,443,801.

15. Одноточечная система определения местоположения. Патент 4819053 США. 15. Single point location system. U.S. Patent 4819053.

16. Способ определения местоположения передатчика путем измерения разности времен задержек. Патент ГДР 274102. 16. A method for determining the location of a transmitter by measuring a delay time difference. GDR patent 274102.

17. Метод гиперболического определения места и устройство для его реализации. Патент ГДР 229866. 17. The method of hyperbolic determination of the place and device for its implementation. GDR patent 229866.

18. Радиопеленгатор. Патент Японии 57-51910. 18. Radio direction finder. Japan Patent 57-51910.

19. Пеленгование источника радиоизлучении с помощью адаптивной антенной решетки. Патент США 4862180. 19. Direction finding of a radio emission source using an adaptive antenna array. U.S. Patent 4,862,180.

Claims

1. The method of direction finding of a source of radio emission (IRI), based on the reception of its signal by three antennas, forming two pairs of equal orthogonal measuring bases, characterized in that they measure the difference in the time of reception of the signal by the IRI antennas forming orthogonal measuring bases; calculate the values of the sum and difference of the differences in the times of reception of the IRI signal; calculate the value of the ratio of the sum of the differences of the times of reception of the IRI signal to the difference of the differences of the times of reception of the IRI signal; calculate the value of the arctan (w) function, the argument of which is the result of the previous operation; calculate the coordinate value of the point belonging to the line of position of the IRI; display the results.

2. The device for determining the bearing of the IRI, containing three antennas located at the vertices of an isosceles right triangle, two meters of the difference in the time of reception of the signal, units of subtraction, summation, analysis and indication, characterized in that the antennas 1 and 3, 3 and 2 form orthogonal measuring base, the signals from the output of antenna 1 are fed to the first input of the time difference meter 4, the signals from the output of antenna 2 are fed to the first input of the time difference meter 5, the signal from the output of antenna 3 is fed to the second inputs of the time meters times 4 and 5, the output of the time difference meter 4 is connected to the first inputs of the subtraction unit 6 and the summing unit 7, and the output of the time difference meter 5 is connected to the second inputs of the subtraction unit 6 and the summing unit 7, signals from the outputs of the analysis unit 8 time difference meters 4 and 5, a subtraction unit 6 and a summing unit 7, the output of the analysis unit is connected to the input of the display unit.