RU2234712C2 - Method for determining coordinates of moving radio irradiation source with unknown parameters and apparatus for performing the same - Google Patents

Method for determining coordinates of moving radio irradiation source with unknown parameters and apparatus for performing the same Download PDF

Info

Publication number
RU2234712C2
RU2234712C2 RU2001125859/09A RU2001125859A RU2234712C2 RU 2234712 C2 RU2234712 C2 RU 2234712C2 RU 2001125859/09 A RU2001125859/09 A RU 2001125859/09A RU 2001125859 A RU2001125859 A RU 2001125859A RU 2234712 C2 RU2234712 C2 RU 2234712C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
source
antenna
azimuth
receiver
Prior art date
Application number
RU2001125859/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001125859A (en
Inventor
В.В. Климин (RU)
В.В. Климин
Original Assignee
Климин Валентин Васильевич
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 Климин Валентин Васильевич filed Critical Климин Валентин Васильевич
Priority to RU2001125859/09A priority Critical patent/RU2234712C2/en
Publication of RU2001125859A publication Critical patent/RU2001125859A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2234712C2 publication Critical patent/RU2234712C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: passive radar systems.
SUBSTANCE: method comprises steps of receiving set of successive measurements of angular coordinate of moving irradiation source; measuring frequency of irradiation received by two receivers whose antennae move relative to irradiation source with different but known velocity values; calculating on base of measurement results radial velocity of irradiation source at each time moment of measuring; beginning from third measurement calculating in addition range until irradiation source. Invention allows to eliminate very complex problem caused by use of triangular method for determining coordinates of large number of irradiation sources, namely removing false points of crossing bearings.
EFFECT: simplified high-reliability method and apparatus for determining coordinates.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области пассивной радиолокации и может быть использовано для решения некоторых задач противовоздушной и противокосмической обороны страны, а также в научных исследованиях.The invention relates to the field of passive radar and can be used to solve some tasks of the air defense and space defense of the country, as well as in scientific research.

Известны способы определения координат движущихся источников излучения, основанные на приеме, выделении и обработке прямого излучения, например корреляционно-базовые. Недостатком таких способов является их сложность. /Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д.Ширмана. Войска ПВО страны, 1968 г., стр. 394-399/.Known methods for determining the coordinates of moving radiation sources, based on the reception, extraction and processing of direct radiation, for example, correlation-basic. The disadvantage of such methods is their complexity. / Theoretical foundations of radar. Ed. J.D. Shirman. Air Defense Forces of the country, 1968, pp. 394-399 /.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является выбранный в качестве прототипа триангуляционный способ определения координат, основанный на приеме, выделении и обработке прямого излучения двумя и более приемными устройствами, расположенными в различных географических пунктах, разнесенных друг от друга на расстояние, называемое базой, нахождении угловых направлений на источник излучения в каждом пункте приема и расчете координат источника излучения по намеренным углам и известной базе разноса пунктов приема прямого излучения. /Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д.Ширмана. Войска ПВО страны, 1968 г., стр. 391-392/. Этими координатами являются координаты точек пересечения пеленгов, взятых во всех пунктах приема. Триангуляционному способу присущи два основных недостатка: это обязательное наличие высококачественных каналов связи между приемными пунктами и вычислителем и, главное, наличие так называемых ложных точек пересечения пеленгов при числе источников излучения более одного. Отсеивание ложных точек пересечения - чрезвычайно трудная задача, особенно при большом количестве источников излучения.The closest in technical essence to the proposed method is the triangulation method for determining coordinates, selected as a prototype, based on the reception, isolation and processing of direct radiation by two or more receiving devices located at different geographical locations spaced apart from each other by a distance, called the base, location angular directions to the radiation source at each receiving point and calculating the coordinates of the radiation source at the intended angles and the known separation base of the receiving points but direct radiation. / Theoretical foundations of radar. Ed. J.D. Shirman. Air Defense Forces of the country, 1968, pp. 391-392 /. These coordinates are the coordinates of the points of intersection of bearings taken at all points of reception. The triangulation method has two main drawbacks: it is the obligatory availability of high-quality communication channels between receiving points and the computer, and, most importantly, the presence of so-called false bearing intersection points with more than one radiation source. Sifting out false intersection points is an extremely difficult task, especially with a large number of radiation sources.

Известны также устройства, применяемые для решения задач триангуляции, работающие по прямому /излученному/ сигналу. /Справочник по радиоэлектронным системам. Под ред. В.Х.Кривицкого. М.: Энергия, 1979 г., стр. 165-168/. Известен также так называемый радиопеленгатор, выбранный в качестве прототипа, принимающий прямой сигнал, определяющий азимут на источник излучения, содержащий последовательно соединенные антенну и приемное устройство, а также блок управления антенной. /Справочник по радиоэлектронным системам, под ред. Б.Х.Кривицкого. М.: Энергия, 1979 г., стр. 169-170/. Этот пеленгатор в момент минимума сигнала на выходе приемного устройства по угловому положению антенны определяет азимут источника излучения. Недостатком такого устройства является то, что, работая по прямому сигналу, оно в принципе может определять только одну координату - азимут, что вынуждает для определения дальности применять комплекс разнесенных на местности радиопеленгаторов.Also known devices used to solve triangulation problems, working on a direct / radiated / signal. / Handbook of electronic systems. Ed. V.Kh. Krivitsky. M .: Energy, 1979, pp. 165-168 /. Also known is the so-called direction finder, selected as a prototype, receiving a direct signal that determines the azimuth to the radiation source, containing a series-connected antenna and a receiving device, as well as an antenna control unit. / Handbook of electronic systems, ed. B.Kh. Krivitsky. M .: Energy, 1979, pp. 169-170 /. This direction finder at the time of minimum signal at the output of the receiving device from the angular position of the antenna determines the azimuth of the radiation source. The disadvantage of this device is that, working on a direct signal, it can, in principle, determine only one coordinate - azimuth, which forces us to use a range of direction finding radios on the ground to determine the range.

Задачей изобретения является разработка способа определения координат подвижного источника радиоизлучения с неизвестными параметрами, не требующего разнесенных на местности радиопеленгаторов, избегающего тем самым решения задачи отсеивания ложных точек пеpeсения пеленгов, и обязательного применения высококачественных каналов связи между пеленгаторами и вычислителем, а также устройства для осуществления этого способа.The objective of the invention is to develop a method for determining the coordinates of a moving radio emission source with unknown parameters, which does not require direction finders spaced on the ground, thereby avoiding the solution of the problem of sifting false crossover points of bearings, and the mandatory use of high-quality communication channels between direction finders and a calculator, as well as a device for implementing this method .

Техническим результатом решения задачи изобретения является способ и устройство определения координат движущегося источника излучения, позволяющие определить кроме азимута еще и дальность до движущегося источника излучения с неизвестными параметрами по результатам измерений параметров принимаемого сигнала только в одном географическом пункте приема.The technical result of solving the problem of the invention is a method and device for determining the coordinates of a moving radiation source, which, in addition to azimuth, can also determine the distance to a moving radiation source with unknown parameters from the results of measurements of the parameters of the received signal in only one geographical point of reception.

Технический результат достигается тем, что в способе определения координат источника излучения, основанном на приеме, выделении и обработке прямого излучения двумя и более приемными устройствами /приемниками/, разнесенными на местности на расстояние, называемое базой, измерении угловых направлений на источник излучения в каждом географическом пункте приема прямого излучения и расчете координат источника излучения по найденным углам и известной базе разноса радиопеленгаторов, вместо определения углового направления на источник излучения во втором и остальных пунктах приема прямого излучения, только в одном географическом пункте приема производят последовательное измерение углового направления на источник излучения, а также производят последовательное намерение частоты принимаемого сигнала, выделенного приемным устройством основного пеленгационного канала, и приемным устройством дополнительного канала, при этом каждый приемник соединен со своей антенной, которые перемещаются относительно источника излучения с заданными, но различными радиальными скоростями, находят разность частот сигнала пеленгационного и дополнительного каналов, по найденной разности частот, измеренным значениям частот сигнала пеленгационного и дополнительного каналов, известным радиальным скоростям перемещения антенн, производят вычисление радиальной скорости источника излучения по одной из формулThe technical result is achieved by the fact that in a method for determining the coordinates of a radiation source, based on the reception, extraction and processing of direct radiation by two or more receiving devices / receivers /, spaced on the ground at a distance called the base, measuring angular directions to the radiation source in each geographical location receiving direct radiation and calculating the coordinates of the radiation source for the angles found and the known separation range of direction finders, instead of determining the angular direction to the radiation source In the second and other points of direct radiation reception, in only one geographical point of reception, the angular direction is measured sequentially to the radiation source, and the frequency of the received signal allocated by the receiver of the main direction-finding channel and the receiver of the additional channel are sequentially determined, each the receiver is connected to its antenna, which move relative to the radiation source with predetermined but different radial velocities find the frequency difference of the direction finding and additional channel signal, from the found frequency difference, the measured values of the direction finding and additional channel signal frequencies, known radial antenna velocities, calculate the radial velocity of the radiation source using one of the formulas

Figure 00000002
Figure 00000002

ЛибоOr

Figure 00000003
Figure 00000003

из соотношенийfrom the relations

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

рассчитывают угловое направление вектора линейной скорости /курсовой угол/ источника излучения в момент первого измерения азимута и частоты β к и γ к - угол поворота вектора линейной скорости из-за криволинейности траектории движения источника радиоизлучения за интервал времени между первым и вторым измерениями, по измеренным значениям азимута и рассчитанным значениям радиальной скорости источника излучения, курсового угла и угла поворота вектора линейной скорости перемещения источника излучения либо по формулеcalculate the angular direction of the linear velocity vector / course angle / radiation source at the time of the first measurement of the azimuth and frequency β k and γ k - the angle of rotation of the linear velocity vector due to the curvature of the path of the radiation source for the time interval between the first and second measurements, from the measured values azimuth and calculated values of the radial velocity of the radiation source, course angle and angle of rotation of the vector of linear velocity of the radiation source or by the formula

Figure 00000006
Figure 00000006

либо по формулеeither by the formula

Figure 00000007
Figure 00000007

производят вычисление дальности до источника излучения в каждый момент измерения азимута и частоты, за исключением первого и второго моментов.calculate the distance to the radiation source at each moment of measuring the azimuth and frequency, with the exception of the first and second moments.

В этих формулахIn these formulas

Vr - радиальная скорость источника;V r is the radial velocity of the source;

f1 - частота сигнала в основном пеленгационном канале;f 1 - signal frequency in the main direction-finding channel;

Vra1 - радиальная скорость антенны пеленгационного канала;V ra1 is the radial speed of the direction finding antenna;

Vra2 - радиальная скорость антенны дополнительного канала;V ra2 is the radial speed of the antenna of the additional channel;

f2 - частота сигнала в дополнительном канале;f 2 - signal frequency in the additional channel;

c - скорость света;c is the speed of light;

i - 3, 4, 5... - порядковый номер измерения,i - 3, 4, 5 ... - serial number of the measurement,

α i - азимут источника в i-й момент измерения;α i - azimuth of the source at the i-th moment of measurement;

β к - угловое направление вектора линейной скорости движения источника излучения в начале к-го участка траектории,β to - the angular direction of the linear velocity vector of the radiation source at the beginning of the k-th section of the trajectory,

к - 1, 2, 3... - порядковый номер участка траектории источника излучения, дальность до которого определяется в i-й момент,k - 1, 2, 3 ... - the serial number of the section of the trajectory of the radiation source, the distance to which is determined at the i-th moment,

γ к - угол поворота вектора линейной скорости из-за криволинейности траектории за время между первым и вторым измерениями азимута и частоты на к-том участке траектории;γ to - the angle of rotation of the linear velocity vector due to the curvature of the trajectory during the time between the first and second measurements of azimuth and frequency on the k-th section of the trajectory;

ri - дальность до источника в i-й момент измерения азимута и частоты;r i is the distance to the source at the i-th moment of measuring the azimuth and frequency;

ti - время i-го измерения азимута и частоты.t i is the time of the i-th azimuth and frequency measurement.

Для реализации предлагаемого способа в радиопеленгатор, содержащий приемник, вход которого соединен с выходом антенны, антенну и блок управления антенной, составляющие пеленгационный канал, введен дополнительный канал, включающий в себя приемник, подвижную антенну, выход которой соединен со входом приемника дополнительного канала, перемещающуюся относительно источника излучения со скоростью Vra, блок управления антенной, перемещающий подвижную антенну по заданному закону, двухканальный измеритель частоты, первый вход которого соединен с выходом приемника пеленгационного канала, второй вход измерителя частоты соединен с выходом приемника дополнительного канала, вычислитель, информационные входы которого соединены с cooтветствующими выходами измерителя частоты и блоков управления антеннами, синхронизатор, управляющие выходы которого соединены с соответствующими входами блока управления антеннами, измерителя частоты и вычислителя.To implement the proposed method, a direction finder containing a receiver, the input of which is connected to the output of the antenna, the antenna and the antenna control unit constituting the direction-finding channel, has an additional channel that includes a receiver, a movable antenna, the output of which is connected to the input of the receiver of the additional channel, moving relative to source of radiation at a speed V ra, antenna control unit that moves a movable antenna by a given law, dual frequency meter, a first input of which Cpd is connected to the output of the direction finding channel receiver, the second input of the frequency meter is connected to the output of the additional channel receiver, a computer whose information inputs are connected to the corresponding outputs of the frequency meter and antenna control units, a synchronizer, the control outputs of which are connected to the corresponding inputs of the antenna control unit, frequency meter and calculator.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения координат, и условно показан подвижный источник излучения. На фиг.2 показана произвольная криволинейная траектория и ее аппроксимация отрезками окружностей различных радиусов. На фиг.3 показана геометрическая схема, объясняющая вывод формулы дальности до источника излучения при криволинейной траектории движения источника. На фиг.4 показана геометрическая схема, поясняющая вывод формулы дальности до источника излучения на прямолинейных участках траектории движения источника.Figure 1 shows a structural diagram of a device that implements the proposed method for determining the coordinates, and conventionally shows a movable radiation source. Figure 2 shows an arbitrary curved path and its approximation by segments of circles of different radii. Figure 3 shows a geometric diagram explaining the derivation of the formula for the distance to the radiation source with a curved path of movement of the source. Figure 4 shows a geometric diagram explaining the derivation of the formula for the distance to the radiation source in the straight sections of the path of the source.

Устройство для определения координат движущегося источника излучения с неизвестными параметрами /фиг.1/ содержит антенну 1, приемник 2, блок управления антенной 3, образующие пеленгационный канал 4, подвижную антенну 5, управляемую блоком управления 6, приемник 7, образующие дополнительный канал 8, двухканальный измеритель частоты 9, вычислитель 10 и синхронизатор 11.A device for determining the coordinates of a moving radiation source with unknown parameters (Fig. 1) contains an antenna 1, a receiver 2, an antenna control unit 3 forming a direction finding channel 4, a mobile antenna 5 controlled by a control unit 6, a receiver 7 forming an additional channel 8, two-channel frequency meter 9, calculator 10 and synchronizer 11.

Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем.The principle of operation of the proposed device is as follows.

Нa вход антенны пеленгационного канала 4 поступают от источника, движущегося с радиальной скоростью V2, колебания частоты f. Одновременно эти же колебания поступают на вход антенны 5 дополнительного канала 8. Блок управления антенной 3 управляет движением /вращающимся или качающимся/ антенны 1 с целью определения азимута источника излучения, а блок управления антенной 6 управляет движением антенны 5 относительно источника излучения с радиальной скоростью Vra. С блока управления 3 информация об азимуте источника α , а с блока управления 6 информация о радиальной скорости антенны 5 Vra в цифровой форме поступает на соответствующие входы вычислителя 10.At the input of the antenna of the direction finding channel 4, the oscillations of frequency f come from a source moving with a radial speed V 2 . At the same time, the same vibrations arrive at the input of the antenna 5 of the additional channel 8. The antenna control unit 3 controls the movement / rotating or swaying / of the antenna 1 in order to determine the azimuth of the radiation source, and the antenna control unit 6 controls the movement of the antenna 5 relative to the radiation source with a radial velocity V ra . From the control unit 3, information about the azimuth of the source α, and from the control unit 6, information about the radial speed of the antenna 5 V ra is digitally supplied to the corresponding inputs of the calculator 10.

С выхода антенны 1 на вход приемника пеленгационного канала поступает колебание частоты f=f1 / частота пеленгационного канала/. После выделения и усиления приемником 2 это колебание частоты f1 поступает на первый вход измерителя частоты 9 для определения значения частоты f1. С первого выхода измерителя частоты информация о значении частоты f1 в цифровой форме поступает на вычислитель 10. На вход антенны 5 поступает колебание той же частоты f, но с выхода антенны 5 на вход приемника 7 поступает колебание частоты f2=(f+Δ F)≠ f1, т.к. в значении частоты f2 есть составляющая доплеровского сдвига за счет радиальной скорости Vra антенны 5. После выделения и усиления приемником 7 колебания частоты f2 поступают на вход второго канала измерителя частоты. Информация о значении частоты f2 в цифровой форме с выхода второго канала измерителя частоты поступает на вычислитель 10. За счет дискретного съема информации на вычислитель в моменты времени t1 поступает от соответствующих блоков информация об азимуте источника излучения α (ti) частоте сигнала в пеленгационном канале f1(ti), частоте сигнала в дополнительном канале f2(ti) и информация о радиальной скорости дополнительной антенны Vra(ti). Вычислитель по этим данным сначала рассчитывает значение радиальной скорости перемещения источника излучения Vr(ti) ли6о по формулеFrom the output of the antenna 1 to the input of the receiver of the direction-finding channel the frequency fluctuation f = f 1 / frequency of the direction-finding channel /. After isolation and amplification by the receiver 2, this frequency oscillation f 1 is supplied to the first input of the frequency meter 9 to determine the frequency value f 1 . From the first output of the frequency meter, information on the value of the frequency f 1 is digitally supplied to the calculator 10. The input of the antenna 5 receives the oscillation of the same frequency f, but the output of the antenna 5 receives the oscillation of the frequency f 2 = (f + Δ F F ) ≠ f 1 , since in the value of the frequency f 2 there is a component of the Doppler shift due to the radial speed V ra of the antenna 5. After isolation and amplification by the receiver 7, the frequency fluctuations f 2 are input to the second channel of the frequency meter. Information on the value of the frequency f 2 in digital form from the output of the second channel of the frequency meter is fed to the calculator 10. Due to the discrete reading of information on the calculator at times t 1 information from the azimuth of the radiation source α (t i ) is received from the signal frequency in the direction finding channel f 1 (t i ), the signal frequency in the additional channel f 2 (t i ) and information about the radial speed of the additional antenna V ra (t i ). Based on these data, the calculator first calculates the value of the radial velocity of the radiation source V r (t i ) Li6o according to the formula

Figure 00000008
Figure 00000008

либо по формулеeither by the formula

Figure 00000009
Figure 00000009

где i - 1, 2, 3... - порядковый номер измерения азимута и частоты;where i - 1, 2, 3 ... is the serial number of the azimuth and frequency measurement;

ti - время i-го измерения;t i is the time of the i-th measurement;

Vr(ti) - радиальная скорость источники излучения в i-й момент,V r (t i ) is the radial velocity of the radiation sources at the i-th moment,

f1,2(ti) - измеренная частота сигнала в пеленгационном /дополнительном/ канале в i-й момент времени,f 1,2 (t i ) is the measured frequency of the signal in the direction finding / auxiliary / channel at the i-th point in time,

c - скорость света;c is the speed of light;

Vra(ti) - радиальная скорость дополнительной антенны в i-й момент.V ra (t i ) is the radial speed of the additional antenna at the i-th moment.

При этом, если вектор

Figure 00000010
направлен в сторону источника излучения, то Vra больше нуля, а если
Figure 00000011
направлен от источника, то Vra меньше нуля. Затем вычислитель из соотношенийMoreover, if the vector
Figure 00000010
directed towards the radiation source, then V ra is greater than zero, and if
Figure 00000011
directed from the source, then V ra is less than zero. Then the calculator from the relations

Figure 00000012
Figure 00000012

иand

Figure 00000013
Figure 00000013

рассчитывает угловое направление вектора линейной скорости / курсовой угол/ в момент времени ti-2 β к и γ к - угол поворота вектора линейной скорости из-за криволинейности траектории движения источника радиоизлучения за интервал времени ti-1-ti-2. После этого вычислитель по вышеуказанным формулам для ri рассчитывает дальность до источника излучения в любой момент измерения, за исключением первого и второго измерения. Начиная с третьего измерения, т.е. с третьего съема информации с вычислителя будет поступать информация не только об азимуте, но и о дальности до источника излучения. Синхронизация всех процессов по вычислению и съему информации осуществляется управляющими импульсами синхронизатора 11.calculates the angular direction of the linear velocity vector / heading angle / at time t i-2 β к and γ к - the angle of rotation of the linear velocity vector due to the curvature of the path of the radiation source over the time interval t i-1 -t i-2 . After that, the calculator according to the above formulas for r i calculates the distance to the radiation source at any time of measurement, with the exception of the first and second measurements. Starting from the third dimension, i.e. From the third information retrieval, information from the calculator will receive information not only about the azimuth, but also about the distance to the radiation source. Synchronization of all processes for the calculation and removal of information is carried out by the control pulses of the synchronizer 11.

Справедливость формул расчета Vr(ti) защищена авторским свидетельством СССР на изобретение №776265, МКл G 01 S 11/00. Справедливость формул расчета ri доказывается следующим образом. Пусть в плоскости ХОУ, с началом координат в точке наблюдения движется точечное тело М с некоторой линейной скоростью V. Траектория этого движения описывается неизвестной функцией y=f(x). На практике интересен случай, когда точечное тело имитирует движение созданного человеком летательного аппарата. В этом случае можно утверждать, что вектор линейной скорости

Figure 00000014
ни по модулю, ни по направлению мгновенно измениться не может. Это означает, что функция y=f(x), описывающая траекторию, - гладкая и непрерывная, а линейная скорость лежит в пределах от Vmin до Vmax. При этих условиях можно найти интервал времени Δ t, в течение которого можно считать
Figure 00000015
а изменение направления - плавное. На фиг.2 показана произвольная криволинейная траектория точечного тела М. Как известно, любую гладкую, непрерывную кривую можно аппроксимировать набором отрезков окружностей различных радиусов. На фиг.2 показана аппроксимация кривой М0М дугами М0М1 радиуса R1, М1М2 радиуса R2, m2m3 радиуса R3=∞ , М3М4 радиуса R4, М4М5 - радиуса R5 и M5M радиуса R6. Поэтому задача определения дальности от точки наблюдения до точки, лежащей на кривой ММ, по сути дела сводится к задаче определения дальности до точки, движущейся по окружности. Для этого необходимо всю кривую M0М разбить на n участков и решать задачу нахождения дальности для каждого участка, считая, что на каждом к-том участке точка М движется по окружности радиуса Rк с постоянной линейной скоростью Vк.The validity of the calculation formulas V r (t i ) is protected by the USSR copyright certificate for the invention No. 776265, MKL G 01 S 11/00. The validity of the calculation formulas r i is proved as follows. Let a point body M with a certain linear velocity V move in the HOA plane, with the origin at the point of observation, V. The trajectory of this movement is described by an unknown function y = f (x). In practice, an interesting case is when a point body imitates the movement of a man-made aircraft. In this case, it can be argued that the linear velocity vector
Figure 00000014
neither modulo nor direction can instantly change. This means that the function y = f (x) describing the trajectory is smooth and continuous, and the linear velocity lies in the range from V min to V max . Under these conditions, we can find the time interval Δ t, during which we can take
Figure 00000015
and the change in direction is smooth. Figure 2 shows an arbitrary curved trajectory of a point body M. As is known, any smooth, continuous curve can be approximated by a set of segments of circles of different radii. Figure 2 shows the approximation of the curve M 0 M by arcs M 0 M 1 of radius R 1 , M 1 M 2 of radius R 2 , m 2 m 3 of radius R 3 = ∞, M 3 M 4 of radius R 4 , M 4 M 5 - radius R 5 and M 5 M radius R 6 . Therefore, the task of determining the distance from the observation point to the point lying on the MM curve essentially reduces to the task of determining the distance to a point moving in a circle. For this, it is necessary to divide the entire curve M 0 M into n sections and solve the problem of finding the range for each section, assuming that on each section the point M moves along a circle of radius R k with a constant linear speed V k .

Допустим, что в любой момент времени мы можем измерить радиальную составляющую линейной скорости Vr и азимут α на точку М. На фиг.3 показано движение точки М на к-ом участке траектории. Точка Мi-2 - начало к-го участка, точка Мi - конец этого участка.Suppose that at any moment of time we can measure the radial component of the linear velocity V r and the azimuth α to point M. Figure 3 shows the motion of point M on the k-th section of the trajectory. Point M i-2 - the beginning of the k-th section, point M i - the end of this section.

Пусть в момент времени ti-2 зафиксировали радиальную скорость Vri-2 и азимут α i-2. По одному измерению восстановить траекторию, т.е. найти дальность ri-2 не возможно, т.к. точка М может находиться в любом месте на азимутальной линии α i-2 и при этом зафиксируется пара Vri-2, α i-2. Пусть в момент времени ti-1 зафиксировали радиальную скорость Vri-1 и азимут α i-1. По двум измерениям можно восстановить траекторию, т.е. определить дальность ri-1, только в том случае, если траектория - прямая линия. Т.к. не известно, какая на самом деле траектория - прямолинейная или криволинейная, то необходимо третье измерение радиальной скорости и азимута в момент времени ti. Тогда по набору Vri-2, α i-2, Vri-1, α i-1, Vriα i можно восстановить траекторию вида окружности радиуса Rk с центром в точке Ok, при движении по которой со скоростью Vk может образоваться вышеуказанной набор радиальных скоростей и азимутов. Любая другая окружность даст другой набор, что так же показано на фиг.3.Suppose that at time t i-2 , the radial velocity V ri-2 and the azimuth α i-2 are recorded. Restore the trajectory in one dimension, i.e. to find the range r i-2 is not possible, because point M can be located anywhere on the azimuthal line α i-2 and the pair V ri-2 , α i-2 will be fixed. Suppose that at time t i-1 , the radial velocity V ri-1 and the azimuth α i-1 are recorded. From two dimensions, you can restore the trajectory, i.e. determine the range r i-1 , only if the path is a straight line. Because if the trajectory is actually straight or curved, then a third measurement of the radial velocity and azimuth at time t i is necessary. Then, using the set Vr i-2 , α i-2 , V ri-1 , α i-1 , V ri α i, you can restore the trajectory of the form of a circle of radius R k centered at the point O k , when moving along it with a speed V k the above set of radial velocities and azimuths may form. Any other circle will give a different set, which is also shown in Fig.3.

Для решения задачи определения расстояния от точки наблюдения до точки М введем понятие курсового угла β k в первый момент измерения радиальной скорости и азимута на к-том участке траектории. Курсовой угол - это угол между осью ОУ и вектором линейной скорости

Figure 00000016
Угол β k отсчитывается от оси ОУ и положительный при отсчете против часовой стрелки. Обозначим через γ k угол поворота радиуса Rk за время между первым и вторым измерениями. Угол γ k - это по сути дела угол поворота вектора линейной скорости
Figure 00000017
за счет движения по кривой. При прямолинейном движении γ k равен нулю.To solve the problem of determining the distance from the observation point to point M, we introduce the concept of the heading angle β k at the first moment of measuring the radial velocity and azimuth on the k-th section of the trajectory. Heading angle is the angle between the axis of the op-amp and the linear velocity vector
Figure 00000016
The angle β k is measured from the axis of the op-amp and is positive when counted counterclockwise. Denote by γ k the angle of rotation of the radius R k for the time between the first and second measurements. The angle γ k is essentially the angle of rotation of the linear velocity vector
Figure 00000017
due to movement along a curve. In a rectilinear motion, γ k is equal to zero.

При первом измерении мы не знаем значения линейной скорости, но можем утверждать, что оно лежит в интервале от Vmin=Vr1 до некоторой Vmax· Vmin=Vr1 будет в том случае, когда α 1k=0.In the first measurement, we do not know the linear velocity, but we can say that it lies in the range from V min = V r1 to some V max · V min = V r1 will be in the case when α 1 + β k = 0.

ТогдаThen

Figure 00000018
Figure 00000018

Эта значит, что минимальное значение β k равно - α 1. Максимальное значение угла β k может быть найдено из условия:This means that the minimum value of β k is equal to - α 1 . The maximum value of the angle β k can be found from the condition:

Figure 00000019
Figure 00000019

т.е.

Figure 00000020
those.
Figure 00000020

следовательно,Consequently,

Figure 00000021
Figure 00000021

таким образом,

Figure 00000022
thus,
Figure 00000022

По определению /см. фиг.3/:By definition / cm. figure 3 /:

Figure 00000023
Figure 00000023

Figure 00000024
Figure 00000024

Figure 00000025
Figure 00000025

В этих формулах и далее для упрощения написания принято i=3, k=1. Возьмем отношение радиальных скоростей Vr2 и Vr1 и, учитывая, что на к-том участке скорость Vk=const, уравнение радиальной скорости Vr3 In these formulas and below, for ease of writing, i = 3, k = 1. We take the ratio of the radial velocities V r2 and V r1 and, given that on the k-th section, the velocity V k = const, the equation of the radial velocity V r3

Figure 00000026
Figure 00000026

Figure 00000027
Figure 00000027

Из соотношений /1/ и /2/ находим значениям β 1 и γ 1, удовлетворяющие измеренным значениям Vr1, α 1, Vr2, α 2, Vr3, α 3.From the relations / 1 / and / 2 / we find the values β 1 and γ 1 satisfying the measured values of V r1 , α 1 , V r2 , α 2 , V r3 , α 3 .

Примечание. Автор сознательно не приводит методику нахождения β 1 и γ 1, т.к. не являясь специалистом в области программирования, не уверен, что проще то ли запрограммировать решение системы тригонометрических уравнений, то ли вычисление значений β 1 и γ 1 по формулам, полученным в результате классического решения системы тригонометрических уравнений /1/ и /2/. Эти формулы очень громоздки. Автор склонен к методу последовательного приближения.Note. The author deliberately does not give a methodology for finding β 1 and γ 1 , because not being a specialist in programming, I’m not sure whether it is easier to program a solution to the system of trigonometric equations, or to calculate the values of β 1 and γ 1 according to the formulas obtained as a result of the classical solution of the system of trigonometric equations / 1 / and / 2 /. These formulas are very cumbersome. The author is inclined to the method of successive approximation.

После определения курсового угла β 1 и угла поворота вектора линейной скорости γ 1 можно вычислить значение дальности r3. Действительно, линейная скоростьAfter determining the course angle β 1 and the angle of rotation of the linear velocity vector γ 1, we can calculate the range value r 3 . Indeed linear speed

Figure 00000028
Figure 00000028

ДугаArc

Figure 00000029
Figure 00000029

Но дугаBut the arc

Figure 00000030
Figure 00000030

поэтомуso

Figure 00000031
Figure 00000031

ХордаChord

Figure 00000032
Figure 00000032

УголAngle

Figure 00000033
Figure 00000033

НоBut

Figure 00000034
Figure 00000034

тогдаthen

Figure 00000035
Figure 00000035

Из треугольника ОM2М3 имеемFrom the triangle OM 2 M 3 we have

Figure 00000036
Figure 00000036

откудаwhere from

Figure 00000037
Figure 00000037

После измерения в момент времени ti+1=t4 азимута α 4 и радиальной скорости Vr4 по этому же алгоритму производим расчет для участка к+1, используя набор Vr2α 2; Vr3α 3; Vr4α 4. При этом оказывается, что участок к+1 сдвинут относительно участка номер к на угол γ k, поэтому подбор β k+1 и γ k+1 можно начинать с β k+1kk. Если при этом окажется, что Vr4расч больше Vr4изм, то необходимо β k+1 увеличивать до тех пор, пока Vr4расч не станет равной Vr4изм.After measuring at the time t i + 1 = t 4 the azimuth α 4 and the radial velocity V r4 according to the same algorithm, we calculate for the segment k + 1 using the set V r2 α 2 ; V r3 α 3 ; V r4 α 4 . It turns out that the plot k + 1 is shifted relative to the plot number k by an angle γ k , therefore, the selection of β k + 1 and γ k + 1 can begin with β k + 1 = β k + γ k . If it turns out that V r4 calculation is greater than V r4ism , then it is necessary to increase β k + 1 until V r4 calculation becomes equal to V r4ism .

Если при нахождении β k и γ k окажется, γ k=0, это значит, что на этом участке траектория оказалась прямолинейной /изменения вектора линейной скорости по направлению нет/ и расчет соответствующей дальности необходимо проводить по методике для прямолинейной траектории. В этом случае /см. фиг.4/:If, when β k and γ k are found, γ k = 0, this means that the trajectory turned out to be rectilinear in this section / there is no change in the linear velocity vector in the direction / and the calculation of the corresponding range must be carried out by the method for a rectilinear trajectory. In this case / cm. figure 4 /:

Figure 00000038
Figure 00000039
Figure 00000038
Figure 00000039

где q - угол между линией азимута и вектором линейной скорости,where q is the angle between the azimuth line and the linear velocity vector,

Δ α - изменение азимута на время между двумя соседними измерениями радиальной скорости и азимута.Δ α is the change in azimuth by time between two adjacent measurements of radial velocity and azimuth.

Для упрощения примем i=2. Так как V=const, тоTo simplify, we take i = 2. Since V = const, then

Figure 00000040
Figure 00000040

Figure 00000041
Figure 00000041

Решая равенство /1/ относительно угла q1, а равенство /2/ относительно угла q2, находимSolving the equality / 1 / relative to the angle q 1 , and the equality / 2 / relative to the angle q 2 , we find

Figure 00000042
Figure 00000042

Figure 00000043
Figure 00000043

В формулах 3 и 4 qi - это курсовые углы источника излучения в моменты измерения азимута и радиальной скорости, отсчитываемые от направления пеленгации по часовой стрелке, Δ α - разность азимутов за время между двумя измерениями, причем Δ α >0 при изменении азимута по часовой стрелке и Δ α <0 при изменении пеленга против часовой стрелки.In formulas 3 and 4, q i are the exchange rate angles of the radiation source at the moments of azimuth and radial velocity measurements, counted from the direction of direction finding clockwise, Δ α is the difference in azimuths during the time between two measurements, and Δ α> 0 when the azimuth changes clockwise arrow and Δ α <0 when changing the bearing counterclockwise.

С учетам определяющих формул для радиальной скорости и курсовых углов линейная скорость на прямолинейном участке траектории может быть найдена по формулам:With allowance for the defining formulas for the radial velocity and heading angles, the linear velocity in a straight section of the trajectory can be found by the formulas

Figure 00000044
Figure 00000044

Figure 00000045
Figure 00000045

Figure 00000046
Figure 00000046

Рассмотрим изображенные на фиг.4 треугольники ОДВ и АДВ. Оба треугольника прямоугольные, поэтому из треугольника АДВ имеемConsider the triangles EFA and ADV shown in Fig. 4. Both triangles are right-angled; therefore, from the ADV triangle, we have

Figure 00000047
Figure 00000047

Но АВ - это путь, пройденный источником излучения за время Δ t, т.е.But AB is the path traveled by the radiation source in the time Δ t, i.e.

Figure 00000048
Figure 00000048

ТогдаThen

Figure 00000049
Figure 00000049

учитывая /3/considering / 3 /

Figure 00000050
Figure 00000050

В то же время из прямоугольнике ОДВ имеемAt the same time, from the EFA rectangle we have

Figure 00000051
Figure 00000051

Не ОВ - это дальность от точки наблюдения до движущегося источника радиоизлучения в момент второго измерения азимута и радиальной скорости. ПоэтомуNot OB - this is the distance from the observation point to a moving source of radio emission at the time of the second measurement of azimuth and radial velocity. therefore

Figure 00000052
Figure 00000052

откудаwhere from

Figure 00000053
Figure 00000053

В самом общем случаеIn the most general case

Figure 00000054
Figure 00000054

Из всего сказанного становится ясно, что делая последовательные измерения радиальной скорости и азимута, можно, начиная с третьего измерения, определить дальность до движущегося источника радиоизлучения практически в реальном режиме времени с запаздыванием, равном машинному времени решения задачи, с помощью ЭВМ. Алгоритм при этом следующий. Берется текущий набор измерений радиальной скорости и азимута Vri и α i два набора предыдущих /Vri-1, α i-1, Vri-2, α i-2/. По этим данным из соотношений:From all that has been said, it becomes clear that by making sequential measurements of the radial velocity and azimuth, it is possible, starting with the third measurement, to determine the distance to a moving source of radio emission in almost real time with a delay equal to the machine time for solving the problem using a computer. The algorithm is as follows. The current set of measurements of the radial velocity and azimuth of V ri and α i is taken, two sets of the previous ones / V ri-1 , α i-1 , V ri-2 , α i-2 /. According to these data from the ratios:

Figure 00000055
Figure 00000055

Figure 00000056
Figure 00000056

определяются угловое направление вектора линейкой скорости /курсовой угол/ в момент времени ti-2, β k и γ k - угол поворота вектора линейной скорости из-за криволинейности траектории за интервал времени ti-1-ti-2. Если γ k окажется равным нулю, то по формуле:the angular direction of the vector is determined by the speed ruler / heading angle / at time t i-2 , β k and γ k are the angle of rotation of the linear velocity vector due to the curvature of the trajectory over the time interval t i-1 -t i-2 . If γ k turns out to be zero, then by the formula:

Figure 00000057
Figure 00000057

а при γ k≠ 0, то по формулеand for γ k ≠ 0, then by the formula

Figure 00000058
Figure 00000058

определяется дальность до движущегося источника излучения в текущий момент времени.the range to the moving radiation source at the current time is determined.

Claims (2)

1. Способ определения координат движущегося источника радиоизлучения с неизвестными параметрами, основанный на приеме, выделении и обработке сигнала прямого излучения источника радиоизлучения устройством, содержащим антенну, приемник, вход которого соединен с выходом антенны, блок управления антенной, образующие пеленгационный канал, отличающийся тем, что в одном пункте приема последовательно принимают приемником пеленгационного канала сигнал прямого излучения, измеряют его частоту f1, в момент измерения частоты измеряют азимут α1 источника радиоизлучения, принимают сигнал дополнительным приемником, антенну которого перемещают с заданной радиальной скоростью Vra относительно антенны пеленгационного канала и источника радиоизлучения, измеряют частоту принятого дополнительным приемником сигнала f2, по результатам измерений и заданной радиальной скорости подвижной антенны по одной из формул1. A method for determining the coordinates of a moving radio source with unknown parameters, based on the reception, isolation and processing of the direct radiation signal from a radio source using a device containing an antenna, a receiver whose input is connected to the antenna output, an antenna control unit forming a direction finding channel, characterized in that at one receiving point, the direct radiation signal is successively received by the direction finding channel receiver, its frequency f 1 is measured, the azimuth α 1 is measured at the time of frequency measurement, and of the radio emission source, the signal is received by an additional receiver, the antenna of which is moved with a given radial speed V ra relative to the antenna of the direction finding channel and the radio emission source, the frequency of the signal f 2 received by the additional receiver is measured, according to the measurement results and the given radial speed of the mobile antenna according to one of the formulas
Figure 00000059
Figure 00000059
илиor
Figure 00000060
Figure 00000060
где Vr - радиальная скорость источника радиоизлучения в момент измерения частоты и азимута;where V r is the radial velocity of the source of radio emission at the time of measuring the frequency and azimuth; f1 - частота сигнала прямого излучения, принятого приемником пеленгационного канала;f 1 is the frequency of the direct radiation signal received by the direction-finding channel receiver; f2 - частота сигнала того же источника радиоизлучения принятого приемником дополнительного канала;f 2 is the frequency of the signal of the same source of radio emission received by the receiver of the additional channel; Vra - заданная радиальная скорость движения подвижной антенны;V ra is the given radial speed of the moving antenna; С - скорость света, равная 299793000 м/с,C is the speed of light equal to 299793000 m / s, в каждый момент измерения азимута и частоты вычисляют значение радиальной скорости перемещения источника радиоизлучения, по текущему набору значений азимута α1 и радиальной скорости перемещения источника радиоизлучения Vri и двум предыдущим наборам из соотношенийat each moment of measuring the azimuth and frequency, calculate the value of the radial velocity of the source of radiation, the current set of azimuth α 1 and the radial velocity of the source of radiation V ri and the two previous sets of relations
Figure 00000061
Figure 00000061
определяют угловое направление вектора линейной скорости источника радиоизлучения в первый момент измерения азимута и частоты βk и угол поворота вектора линейной скорости перемещения источника излучения за время между первым и вторым измерениями азимута и частоты γk, при угле поворота вектора линейной скорости γk, равном нулю по формулеdetermine the angular direction of the linear velocity vector of the radiation source at the first moment of measuring the azimuth and frequency β k and the angle of rotation of the linear velocity vector of the radiation source for the time between the first and second measurements of azimuth and frequency γ k , when the angle of rotation of the linear velocity vector γ k is zero according to the formula
Figure 00000062
Figure 00000062
а при угле поворота вектора линейной скорости γk не равном нулю по формулеand when the angle of rotation of the linear velocity vector γ k is not equal to zero by the formula
Figure 00000063
Figure 00000063
где ri - дальность до источника излучения в i-й момент измерения азимута и частоты;where r i is the distance to the radiation source at the i-th moment of measuring the azimuth and frequency; i - 3, 4, 5... порядковый номер измерения;i - 3, 4, 5 ... serial number of the measurement; Vri - радиальная скорость перемещения источника радиоизлучения в i-й момент времени;V ri is the radial velocity of the source of radiation at the i-th time; αi - азимут источника радиоизлучения в i-й момент времени;α i - azimuth of the source of radio emission at the i-th moment of time; ti - время i-го измерения частоты и азимута;t i - time of the i-th frequency and azimuth measurements; k=1, 2, 3... - порядковый номер участка траектории источника радиоизлучения, дальность до которого определяется в данный момент;k = 1, 2, 3 ... is the serial number of the section of the trajectory of the radio emission source, the distance to which is currently determined; βk - угловое направление вектора линейной скорости движения источника радиоизлучения в начале k-го участка траектории;β k is the angular direction of the linear velocity vector of the radiation source at the beginning of the k-th section of the trajectory; γk - угол поворота вектора линейной скорости за время между первым и вторым измерениями азимута и частоты на k-м участке траектории,γ k is the angle of rotation of the linear velocity vector during the time between the first and second measurements of azimuth and frequency in the kth section of the trajectory, вычисляют дальность до источника радиоизлучения в каждый момент измерения азимута и частоты, за исключением первого и второго моментов.calculate the distance to the source of radio emission at each moment of measuring the azimuth and frequency, with the exception of the first and second moments.
2. Устройство для определения координат подвижного источника радиоизлучения и неизвестными параметрами, содержащее последовательно соединенные антенну и приемник, блок управления антенной, образующие пеленгационный канал, отличающееся тем, что в него дополнительно введены антенна, подвижная относительно источника радиоизлучения и антенны пеленгационного канала, приемник, блок управления подвижной антенной, двухканальный измеритель частоты, вычислитель и синхронизатор, причем выход приемника пеленгационного канала соединен с первым входом измерителя частоты, выход подвижной антенны соединен со входом дополнительного приемника, выход которого соединен со вторым входом измерителя частоты, информационные выходы блоков управления антеннами, двухканального измерителя частоты соединены с соответствующими информационными выходами вычислителя, управляющие выходы синхронизатора соединены с соответствующими управляющими входами блоков управления антеннами, измерителя частоты и вычислителя.2. A device for determining the coordinates of a mobile source of radio emission and unknown parameters, containing a series-connected antenna and receiver, an antenna control unit forming a direction-finding channel, characterized in that an antenna is movable relative to the radio-source and direction-finding antenna, a receiver, a unit moving antenna control, two-channel frequency meter, calculator and synchronizer, and the output of the direction-finding channel receiver is connected to the first m input of the frequency meter, the output of the mobile antenna is connected to the input of the additional receiver, the output of which is connected to the second input of the frequency meter, the information outputs of the antenna control units, a two-channel frequency meter are connected to the corresponding information outputs of the calculator, the control outputs of the synchronizer are connected to the corresponding control inputs of the antenna control units , frequency meter and calculator.
RU2001125859/09A 2001-09-20 2001-09-20 Method for determining coordinates of moving radio irradiation source with unknown parameters and apparatus for performing the same RU2234712C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001125859/09A RU2234712C2 (en) 2001-09-20 2001-09-20 Method for determining coordinates of moving radio irradiation source with unknown parameters and apparatus for performing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001125859/09A RU2234712C2 (en) 2001-09-20 2001-09-20 Method for determining coordinates of moving radio irradiation source with unknown parameters and apparatus for performing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001125859A RU2001125859A (en) 2003-08-10
RU2234712C2 true RU2234712C2 (en) 2004-08-20

Family

ID=33412122

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001125859/09A RU2234712C2 (en) 2001-09-20 2001-09-20 Method for determining coordinates of moving radio irradiation source with unknown parameters and apparatus for performing the same

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2234712C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2507531C1 (en) * 2012-11-08 2014-02-20 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Method for passive determination of coordinates of radiation sources

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Справочник по радиоэлектронным системам./Под ред. Б.Х. КРИВИЦКОГО. - М.: Энергия, 1979, с.169 и 170. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2507531C1 (en) * 2012-11-08 2014-02-20 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Method for passive determination of coordinates of radiation sources

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4384293A (en) Apparatus and method for providing pointing information
RU2682661C1 (en) Method of active review single-pulse radiolocation with an inverse synthesis of antenna aperture
RU2363010C2 (en) Method of determining coordinates of radio-frequency radiation source and device to this end
RU2649411C1 (en) Method of measurement of the aircraft flight parameters in the phase goniometrical and distance-measuring systems and the device for the implementation of this method
CN102004244A (en) Doppler direct distance measurement method
RU2735744C1 (en) Method for survey of single-position trilateration incoherent radar ranging of aerial targets
RU2623452C1 (en) Method of navigation of moving objects
CN110763238A (en) High-precision indoor three-dimensional positioning method based on UWB (ultra wide band), optical flow and inertial navigation
RU2713498C1 (en) Method for survey active-passive lateral radar ranging of aerospace objects
RU2515469C1 (en) Method of aircraft navigation
RU2275649C2 (en) Method and passive radar for determination of location of radio-frequency radiation sources
RU2559820C1 (en) Method for navigation of moving objects
RU2234712C2 (en) Method for determining coordinates of moving radio irradiation source with unknown parameters and apparatus for performing the same
RU2680969C1 (en) Method of aircraft navigation
JP2002267745A (en) Method and device for synchroninized type tracking by sensor control
RU2308735C1 (en) Method for determining position of radio radiation sources in short-distance zone
RU2196341C1 (en) Method determining parameters of movement of maneuvering object
RU2406071C1 (en) Method of mobile object navigation
RU2572809C1 (en) Method for single-position radar location of mobile radio signal sources on road network
RU2325666C2 (en) Differential-range technique of locating radio-frequency radiation source
JP2008304329A (en) Measuring device
RU2290681C1 (en) Complex of onboard equipment of systems for controlling unmanned aircraft
KR100719901B1 (en) Localization method using moving object
JP2616318B2 (en) Radar signal processing equipment
CN112346003A (en) Equipotential optimization-based single-beam direction finding system

Legal Events

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

Effective date: 20040921