RU2285934C2 - Method for one-positional detection of position of decametric transmitters - Google Patents

Method for one-positional detection of position of decametric transmitters Download PDF

Info

Publication number
RU2285934C2
RU2285934C2 RU2004118129/09A RU2004118129A RU2285934C2 RU 2285934 C2 RU2285934 C2 RU 2285934C2 RU 2004118129/09 A RU2004118129/09 A RU 2004118129/09A RU 2004118129 A RU2004118129 A RU 2004118129A RU 2285934 C2 RU2285934 C2 RU 2285934C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coordinates
ionosphere
signals
signal
points
Prior art date
Application number
RU2004118129/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004118129A (en
Inventor
Геннадий Георгиевич Вертоградов (RU)
Геннадий Георгиевич Вертоградов
Виталий Геннадиевич Вертоградов (RU)
Виталий Геннадиевич Вертоградов
Евгений Владимирович Кондаков (RU)
Евгений Владимирович Кондаков
Валерий Николаевич Шевченко (RU)
Валерий Николаевич Шевченко
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь")
Priority to RU2004118129/09A priority Critical patent/RU2285934C2/en
Publication of RU2004118129A publication Critical patent/RU2004118129A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2285934C2 publication Critical patent/RU2285934C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering, possible use for determining position of radio radiation sources in decametric range when using one receiving station.
SUBSTANCE: increased precision of position detection is achieved based on additional information, received as a result of division of beams of multi-beam field of received signal and modeling the process of radio-waves expansion in three-dimensional non-homogeneous ionosphere, thus making it possible to correct deviations of beam trajectories of signal by distance and by direction, considering inclinations of reflective layer of ionosphere, and also to remove ambiguousness of one-positional coordinates measuring by comparing trajectories of selected beams.
EFFECT: increased precision of one-positional determining of position of decametric transmitters.
2 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения местоположения источников радиоизлучения в ДКМВ диапазоне при использовании одной приемной станции.The invention relates to radio engineering and can be used to determine the location of radio sources in the DKMV range when using one receiving station.

Достижение теоретически предельной точности местоопределения в ДКМВ диапазоне ограничивается существенной априорной неопределенностью относительно параметров среды распространения пространственных радиоволн и несовершенством применяемых способов обработки принимаемых сигналов.The achievement of theoretically extreme accuracy of positioning in the DKMV range is limited by significant a priori uncertainty regarding the parameters of the propagation medium of spatial radio waves and the imperfection of the applied methods of processing the received signals.

Известен способ однопозиционного определения местоположения ДКМВ передатчиков [1], включающий когерентный прием и синхронную регистрацию сигналов для всех баз, образованных опорной и всеми входящими в решетку антеннами, восстановление на основе зарегистрированных сигналов двумерного комплексного углового спектра, положение максимумов модуля которого отражает азимутальный α и угломестный β пеленги передатчика, и определение наклонной дальности по формуле R=Н/sinβ, где Н - известная высота подъема передатчика.There is a method of one-position location of DKMV transmitters [1], including coherent reception and synchronous registration of signals for all bases formed by the reference and all the antennas included in the array, restoration based on the recorded signals of the two-dimensional complex angular spectrum, the position of the module maximums which reflects azimuthal α and angular β of the bearing of the transmitter, and the determination of the slant range using the formula R = H / sinβ, where H is the known height of the transmitter.

Данный способ теряет свою работоспособность в случае прихода в точку приема ионосферной волны, так как он обеспечивает определение только наклонной дальности до источника излучения.This method loses its operability in the event of the arrival of an ionospheric wave at the receiving point, since it provides the determination of only the slant range to the radiation source.

Известен способ однопозиционного определения местоположения ДКМВ передатчиков [2]. Согласно этому способу:A known method of single-position location DKMV transmitters [2]. According to this method:

1. Принимают решеткой антенн многолучевой сигнал передатчика на заданной частоте.1. Receive the antenna array of the multipath signal of the transmitter at a given frequency.

2. Синхронно преобразуют ансамбль принятых сигналов в цифровые сигналы.2. Synchronously transform the ensemble of received signals into digital signals.

3. Синхронно регистрируют цифровые сигналы на заданном временном интервале.3. Synchronously register digital signals at a given time interval.

4. Определяют азимутальное направление α прихода радиоволны по азимутальному сигналу, который имеет составляющую, изменяющуюся по синусоидальному закону при изменении фазы принимаемого сигнала.4. Determine the azimuthal direction α of the arrival of the radio wave according to the azimuthal signal, which has a component that varies according to the sinusoidal law when the phase of the received signal changes.

5. Измеряют амплитуду m' синусоидальной составляющей.5. Measure the amplitude m 'of the sinusoidal component.

6. Генерируют амплитуду m, соответствующую амплитуде m' при распространении радиоволны по поверхности Земли.6. Generate an amplitude m corresponding to the amplitude m 'when the radio wave propagates over the Earth's surface.

7. Измеряют угломестный β пеленг принятого радиосигнала по формуле cosβ=m'/m.7. The angular β bearing of the received radio signal is measured according to the formula cosβ = m '/ m.

8. Определяют дальность до передатчика по формуле8. Determine the range to the transmitter according to the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где h - высота ионосферы, r -радиус Земли. where h is the height of the ionosphere, r is the radius of the Earth.

К недостаткам способа-прототипа относится низкая точность определения местоположения, что обусловлено:The disadvantages of the prototype method include the low accuracy of location, due to:

- наличием аномальных ошибок измерений азимутального (до 3 градусов) и угломестного (до 30 и более градусов) пеленгов, обусловленных интерференционными биениями сигналов нескольких лучей, возникающих при отражении от ионосферы, с одной стороны, и отсутствием у прототипа разрешающей способности по пространству, с другой;- the presence of anomalous errors in the measurements of azimuthal (up to 3 degrees) and elevation (up to 30 and more degrees) bearings, due to interference beats of the signals of several rays arising from reflection from the ionosphere, on the one hand, and the lack of spatial resolution of the prototype, on the other ;

- наличием аномальных ошибок измерений азимутального пеленга (до 5 градусов) и дальности (до 20%), связанных с наличием наклонов отражающей поверхности (горизонтальных градиентов электронной концентрации ионосферы), приводящих к отклонениям лучевой траектории, как по дальности, так и по направлению, с одной стороны, и отсутствием у прототипа операций коррекции аномальных отклонений, с другой;- the presence of anomalous errors in the measurements of the azimuthal bearing (up to 5 degrees) and range (up to 20%) associated with the presence of slopes of the reflecting surface (horizontal gradients of the electron concentration of the ionosphere), leading to deviations of the beam path, both in range and direction, s on the one hand, and the lack of a prototype of operations for correcting anomalous deviations, on the other;

- наличием аномальных ошибок однопозиционного измерения дальности (более 100%), связанных с неоднозначностью измерений, обусловленной многоскачковым механизмом распространения пространственных радиоволн вследствие отражения от ионосферы, с одной стороны, и отсутствием у прототипа операций устранения неоднозначности, с другой.- the presence of anomalous errors of one-position range measurement (more than 100%) associated with the ambiguity of measurements due to the multi-hop mechanism of propagation of spatial radio waves due to reflection from the ionosphere, on the one hand, and the prototype's lack of ambiguity removal operations, on the other.

Повышение точности однопозиционного определения местоположения источников радиоизлучения в ДКМВ диапазоне при использовании способа-прототипа можно обеспечить несколькими известными путями [3].Improving the accuracy of single-position location of radio sources in the DKMV range when using the prototype method can be achieved in several well-known ways [3].

1. Гистограммной обработкой или усреднением результатов измерений для подавления многолучевости и выделения доминирующего луча.1. Histogram processing or averaging of measurement results to suppress multipath and highlight the dominant beam.

2. Корреляцией смежных по времени результатов измерений, позволяющей отфильтровать аномальные ошибки, обусловленные временной нестационарностью сигнала и шумовыми выбросами.2. Correlation of time-related measurement results, which allows filtering out anomalous errors caused by temporary non-stationarity of the signal and noise emissions.

3. Привлечением дополнительной априорной информации о местонахождении контролируемых передатчиков, например о невозможности размещения передатчика на водной поверхности Земли, для устранения неоднозначности измерений.3. Attraction of additional a priori information about the location of the monitored transmitters, for example, about the impossibility of placing the transmitter on the water surface of the Earth, to eliminate the ambiguity of measurements.

Первый путь радикально не решает проблему, так как сохраняет зависимость достижимой точности от числа и параметров лучей падающего поля и требует очень большого времени наблюдения.The first way does not radically solve the problem, since it preserves the dependence of achievable accuracy on the number and parameters of the rays of the incident field and requires a very long observation time.

Второй путь очень эффективен в однолучевом случае, но при наличии многолучевого сигнала может приводить к грубым ошибкам измерений.The second way is very effective in the single-beam case, but in the presence of a multi-beam signal can lead to gross measurement errors.

Третий путь может привести к успеху только в отдельных исключительных случаях и, как следствие, мало эффективен на практике.The third way can lead to success only in individual exceptional cases and, as a result, is not very effective in practice.

Техническим результатом изобретения является повышение точности однопозиционного определения местоположения ДКМВ передатчиков.The technical result of the invention is to improve the accuracy of single-position location DKMV transmitters.

Повышение точности определения местоположения достигается на основе дополнительной информации, получаемой в результате разделения лучей многолучевого поля принимаемого сигнала и моделирования процесса распространения радиоволн в трехмерно неоднородной ионосфере, что открыло возможность коррекции отклонений лучевых траекторий сигнала по дальности и по направлению путем учета наклонов отражающего слоя ионосферы, а также устранения неоднозначности однопозиционного измерения координат путем сопоставления траекторий выделенных лучей.Improving the accuracy of positioning is achieved on the basis of additional information obtained by separating the rays of the multipath field of the received signal and modeling the process of propagation of radio waves in a three-dimensionally inhomogeneous ionosphere, which opened up the possibility of correcting deviations of the ray paths of the signal in range and direction by taking into account the slopes of the reflecting layer of the ionosphere, and also eliminate the ambiguity of on-position coordinate measurement by comparing the trajectories of the selected whose.

Технический результат достигается тем, что в способе однопозиционного определения местоположения ДКМВ передатчиков, включающем прием на заданной частоте многолучевого сигнала передатчика решеткой антенн, синхронное преобразование ансамбля принятых антеннами сигналов в цифровые сигналы и их синхронную регистрацию на заданном временном интервале, согласно изобретению из цифровых сигналов выделяют сигналы отдельных лучей прихода сигнала передатчика и восстанавливают двумерные пеленги каждого луча по известным алгоритмам, формируют модель ионосферы, соответствующую частоте и временному интервалу приема сигнала, и модельные сигналы обратного излучения в измеренных направлениях прихода лучей, определяют траектории обратного многоскачкового распространения модельных сигналов и находят координаты точек их прихода на поверхность Земли, которые идентифицируют как координаты предполагаемых точек излучения сигнала передатчика, находят совпадение полученных точек, совпавшие точки объединяют и находят точку, координаты которой идентифицируют как координаты передатчика.The technical result is achieved by the fact that in the method of on-off location of the DKMV transmitters, which includes receiving at a given frequency a multipath signal from a transmitter by an array of antennas, synchronously converting an ensemble of signals received by antennas into digital signals and synchronously registering them at a given time interval, according to the invention, signals are extracted from digital signals separate rays of the transmitter signal arrival and restore two-dimensional bearings of each beam according to known algorithms, form a model of the ionosphere corresponding to the frequency and time interval of signal reception, and model signals of the return radiation in the measured directions of arrival of the rays, determine the paths of the reverse multi-hop propagation of model signals and find the coordinates of the points of their arrival on the Earth's surface, which are identified as the coordinates of the alleged points of radiation of the transmitter signal, find coincidence of received points, coincident points combine and find a point whose coordinates are identified as the coordinates transmitted chica.

Операции способа поясняются следующими чертежами.The operation of the method is illustrated by the following drawings.

Фиг.1. - структурная схема устройства определения местоположения ДКМВ передатчиков.Figure 1. - structural diagram of a device for determining the location of DKMV transmitters.

Фиг.2. - схема функционирования системы однопозиционного определения местоположения.Figure 2. - The operation scheme of the system of single-position location.

Способ однопозиционного определения местоположения ДКМВ передатчиков осуществляется следующим образом.The method of on-off location of DKMV transmitters is as follows.

1. Принимают на заданной частоте

Figure 00000003
многолучевый сигнал передатчика решеткой антенн. В результате формируется ансамбль сигналов хn(t), зависящих от времени t, где n=0,...,N - номер антенны.1. Accepted at a given frequency
Figure 00000003
multipath transmitter signal by antenna array. As a result, an ensemble of signals x n (t) is formed, depending on time t, where n = 0, ..., N is the antenna number.

2. Синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами сигналов xn(t) в цифровые сигналы xn(z), где z - номер временного отсчета сигнала.2. Synchronously transform the ensemble of signals x n (t) received by the antennas into digital signals x n (z), where z is the number of the time reference of the signal.

3. Синхронно регистрируют цифровые сигналы xn(z) на заданном временном интервале.3. Synchronously register digital signals x n (z) at a given time interval.

4. Из цифровых сигналов xn(z) выделяют сигналы отдельных лучей прихода сигнала передатчика и восстанавливают двумерные пеленги каждого луча (азимут αq и угол места βq, где q=1...Q - текущий номер луча) по известным алгоритмам.4. From the digital signals x n (z), the signals of the individual rays of the arrival of the transmitter signal are extracted and the two-dimensional bearings of each beam (azimuth α q and elevation angle β q , where q = 1 ... Q is the current beam number) are restored according to well-known algorithms.

Выделение сигналов отдельных лучей прихода сигнала в точку приема и восстановление двумерных пеленгов каждого луча возможно применением различных алгоритмов [4]. Например, возможно применение алгоритма, разделяющего лучи по доплеровскому смещению частоты. Кроме данного алгоритма, который требует длительных выборок сигнала, могут использоваться алгоритмы, основанные на восстановлении пространственного радиоизображения источника [1], включая алгоритмы с высоким разрешением, обеспечивающие разделение коррелированных сигналов (сигналов-лучей, возникающих при отражении сигнала ДКМВ передатчика от ионосферы) [4]. При этом восстанавливают спектральные плотности

Figure 00000004
где Ft{...} - оператор дискретного Фурье-преобразования по времени, l - номер частотной дискреты, 1≤l≤L, сигналов xn(z) и формируют амплитудно-фазовое распределение в виде вектораThe selection of signals of individual rays of the signal arrival at the receiving point and the restoration of two-dimensional bearings of each beam is possible using various algorithms [4]. For example, it is possible to use an algorithm that separates beams by Doppler frequency offset. In addition to this algorithm, which requires long samples of the signal, algorithms based on reconstructing the spatial radio image of the source [1] can be used, including high-resolution algorithms that provide separation of correlated signals (signal-rays arising from the reflection of a DKMV transmitter signal from the ionosphere) [4 ]. At the same time, spectral densities are restored
Figure 00000004
where F t {...} is the discrete Fourier transform operator in time, l is the number of the frequency discrete, 1≤l≤L, signals x n (z) and form the amplitude-phase distribution in the form of a vector

Figure 00000005
Figure 00000005

где

Figure 00000006
- спектральная плотность сигнала, измеряемого на опорной антенне решетки с номером n=0, а ()* - означает комплексное сопряжение. Сформированный вектор входных данных
Figure 00000007
используется для итерационной регуляризованной реконструкции угловой зависимости падающего поля в виде комплексного вектора
Figure 00000008
где А - заданная матрица размером N×М, характеризующая возможные направления прихода сигнала от каждого потенциального источника, М - число угловых положений, соответствующих заданным потенциально возможным направлениям прихода сигналов, γ - параметр регуляризации,
Figure 00000009
p=0,1,
Figure 00000010
элемент вектора
Figure 00000011
ε - малое число.Where
Figure 00000006
- the spectral density of the signal measured at the reference antenna of the array with number n = 0, and () * - means complex conjugation. Formed input vector
Figure 00000007
used for iterative regularized reconstruction of the angular dependence of the incident field in the form of a complex vector
Figure 00000008
where A is a given matrix of size N × M characterizing the possible directions of arrival of the signal from each potential source, M is the number of angular positions corresponding to the given potential directions of arrival of signals, γ is the regularization parameter,
Figure 00000009
p = 0.1
Figure 00000010
vector element
Figure 00000011
ε is a small number.

По максимумам восстановленного с высоким разрешением пространственного спектра

Figure 00000012
определяют ансамбль двумерных пеленгов
Figure 00000013
The highs of the reconstructed high-resolution spatial spectrum
Figure 00000012
define an ensemble of two-dimensional bearings
Figure 00000013

5. Формируют модель ионосферы, соответствующую частоте

Figure 00000003
и временному интервалу приема (время, месяц, год) сигнала передатчика и модельные сигналы обратного излучения в измеренных направлениях
Figure 00000014
прихода лучей.5. Form the ionosphere model corresponding to the frequency
Figure 00000003
and the time interval of reception (time, month, year) of the transmitter signal and model feedback signals in the measured directions
Figure 00000014
the arrival of the rays.

При формировании модели ионосферы используют Международную справочную модель ионосферы IRI-2001 [5]. В результате вычисляют и запоминают пространственное распределение квадрата отношения плазменной частоты электронов ƒpр(φ, θ, r) в ионосфере к рабочей частоте

Figure 00000003
принимаемого сигнала, которое необходимо для вычисления показателя преломления изотропной плазмы μ=μ(φ, θ, r):In forming the ionosphere model, the International Reference Model of the Ionosphere IRI-2001 is used [5]. As a result, the spatial distribution of the squared ratio of the plasma electron frequency ƒ p = ƒ p (φ, θ, r) in the ionosphere to the working frequency is calculated and stored
Figure 00000003
the received signal, which is necessary for calculating the refractive index of an isotropic plasma μ = μ (φ, θ, r):

Figure 00000015
Figure 00000015

Для ускорения процедуры вычислений плазменная частота электронов ƒp в ионосфере прогнозируется на трехмерной пространственной сетке и аппроксимируется кубической сплайн-функцией. Шаг пространственной сетки по координатам на земной поверхности не превышает 500 км, а по вертикальной координате составляет 2,5 км. После процедуры аппроксимации запоминают коэффициенты аппроксимирующей сплайн-функции в узлах пространственной сетки.To speed up the calculation procedure, the plasma electron frequency ƒ p in the ionosphere is predicted on a three-dimensional spatial grid and is approximated by a cubic spline function. The spatial grid pitch in coordinates on the earth's surface does not exceed 500 km, and in the vertical coordinate is 2.5 km. After the approximation procedure, the coefficients of the approximating spline function are stored in the nodes of the spatial grid.

Модельный сигнал описывается единичным волновым вектором

Figure 00000016
и рабочей частотой
Figure 00000017
Компоненты единичного вектора
Figure 00000016
определяются по измеренному азимутальному α и угломестному β пеленгам луча (здесь и далее для упрощения записи индекс номера луча опущен) и в локальной системе координат (начало координат совпадает с точкой расположения пеленгатора (φ0, θ0, r0), ось у направлена на север, ось х - на восток, ось z - вертикально вверх), имеют вид
Figure 00000018
Переход от локальной системы координат к глобальной декартовой правой системе координат (начало координат связано с центром Земли, ось z проходит через географический север, ось х - через нулевой меридиан) для компонент вектора
Figure 00000016
осуществляется с помощью матрицы преобразования А:The model signal is described by a single wave vector
Figure 00000016
and operating frequency
Figure 00000017
Unit Vector Components
Figure 00000016
are determined by the measured azimuthal α and elevation β bearings of the beam (hereinafter, to simplify writing, the beam number index is omitted) and in the local coordinate system (the origin coincides with the position of the direction finder (φ 0 , θ 0 , r 0 ), the y axis is directed to north, x-axis - east, z-axis - vertically up), have the form
Figure 00000018
Transition from the local coordinate system to the global Cartesian right coordinate system (the origin is connected to the center of the Earth, the z axis passes through geographic north, the x axis passes through the zero meridian) for the components of the vector
Figure 00000016
is carried out using the transformation matrix A:

Figure 00000019
Figure 00000019

где в качестве сферических координат φ и θ подставляются координаты пеленгатора φ0, θ0.where the coordinates of the direction finder φ 0 , θ 0 are substituted as spherical coordinates φ and θ.

6. Формируют траектории обратного многоскачкового распространения модельных сигналов каждого луча в ионосфере. Для этого находят начальные значения сферических координат φ, θ, r луча, которые полагаются равными координатам точки входа луча в ионосферу φ1, θ1 r1, вычисляемым по формулам:6. Form the trajectories of the reverse multi-hop propagation of model signals of each beam in the ionosphere. To do this, find the initial values of the spherical coordinates φ, θ, r of the beam, which are assumed to be equal to the coordinates of the point of entry of the beam into the ionosphere φ 1 , θ 1 r 1 , calculated by the formulas:

Figure 00000020
Figure 00000020

где х1x, х1y, х1z - элементы вектора

Figure 00000021
декартовых координат точки входа луча в ионосферу:
Figure 00000022
r0 - радиус Земли, h0 - начальная высота ионосферы,
Figure 00000023
- декартовые координаты точки излучения модельного сигнала с поверхности Земли в глобальной декартовой правой системе координат (начало координат связано с центром Земли, ось z проходит через географический север, ось х - через нулевой меридиан). Для первого скачка (i=1) вектор
Figure 00000024
вычисляется по координатам пеленгатора:where x 1x , x 1y , x 1z are elements of the vector
Figure 00000021
Cartesian coordinates of the entry point of the beam into the ionosphere:
Figure 00000022
r 0 is the radius of the Earth, h 0 is the initial height of the ionosphere,
Figure 00000023
- Cartesian coordinates of the point of emission of a model signal from the Earth’s surface in the global Cartesian right-handed coordinate system (the origin is connected to the center of the Earth, the z axis passes through geographic north, the x axis passes through the zero meridian). For the first jump (i = 1), the vector
Figure 00000024
calculated by the coordinates of the direction finder:

Figure 00000025
Figure 00000025

Начальное значение волнового вектора

Figure 00000026
модельного сигнала на входе в ионосферу определяется по вектору
Figure 00000027
с использованием унитарной матрицы преобразования В глобальной системы координат к сферической:The initial value of the wave vector
Figure 00000026
the model signal at the entrance to the ionosphere is determined by the vector
Figure 00000027
using the unitary transformation matrix B of the global coordinate system to spherical:

Figure 00000028
Figure 00000028

где в качестве сферических координат φ и θ подставляются значения φ1, θ1.where the values of φ 1 , θ 1 are substituted as spherical coordinates φ and θ.

Для построения лучевой траектории модельного сигнала численно решается задача Коши для системы дифференциальных уравнений:To construct the ray path of the model signal, the Cauchy problem for the system of differential equations is numerically solved:

Figure 00000029
Figure 00000029

Figure 00000030
Figure 00000030

Figure 00000031
Figure 00000031

Figure 00000032
Figure 00000032

где kφ, kθ, kr - значения элементов волнового вектора

Figure 00000033
модельного сигнала в ионосфере, φ, θ, r - координаты луча.where k φ , k θ , k r are the values of the elements of the wave vector
Figure 00000033
model signal in the ionosphere, φ, θ, r - beam coordinates.

Находят вектор волновой нормали на выходе из ионосферы

Figure 00000034
, сферические φ2, θ2, r2 и глобальные декартовые координаты точки выхода из
Figure 00000035
луча модельного сигнала. В качестве значений сферических координат φ2, θ2, r2 и волнового вектора
Figure 00000034
выбирается решение задачи Коши, полученное на предыдущем этапе, в точке выхода лучевой траектории из ионосферы.Find the wave normal vector at the exit from the ionosphere
Figure 00000034
, spherical φ 2 , θ 2 , r 2 and global Cartesian coordinates of the exit point from
Figure 00000035
beam model signal. As the values of the spherical coordinates φ 2 , θ 2 , r 2 and the wave vector
Figure 00000034
the solution to the Cauchy problem obtained at the previous stage is chosen at the exit point of the ray path from the ionosphere.

7. Находят сферические координаты прихода луча модельного сигнала на поверхность Земли (для первого скачка i=1):7. Find the spherical coordinates of the arrival of the beam of the model signal to the Earth's surface (for the first jump i = 1):

Figure 00000036
Figure 00000036

где х3x, x3y, x3z - элементы вектора

Figure 00000037
декартовых координат точки прихода волны на поверхность Земли в глобальной системе координат:where x 3x , x 3y , x 3z are elements of the vector
Figure 00000037
Cartesian coordinates of the point of arrival of the wave on the Earth’s surface in the global coordinate system:

Figure 00000038
Figure 00000038

Матрицу В вычисляют в точке с координатами φ2, θ2.Matrix B is calculated at a point with coordinates φ 2 , θ 2 .

Сферические координаты точки прихода последующих скачков лучевой траектории определяют повторением этапов 5-7 с использованием обновленных векторов

Figure 00000039
и
Figure 00000040
:
Figure 00000041
, где матрица А и компоненты вектора
Figure 00000042
после отражения от поверхности Земли определяются с использованием координат
Figure 00000043
и
Figure 00000044
полученных на предыдущем скачке.The spherical coordinates of the point of arrival of subsequent jumps in the radial trajectory are determined by repeating steps 5-7 using updated vectors
Figure 00000039
and
Figure 00000040
:
Figure 00000041
where the matrix A and the components of the vector
Figure 00000042
after reflection from the surface of the earth are determined using the coordinates
Figure 00000043
and
Figure 00000044
received at the previous jump.

Найденные координаты прихода модельных сигналов всех скачков каждого луча идентифицируют как координаты предполагаемых точек излучения сигнала передатчика.The found coordinates of the arrival of model signals of all the jumps of each beam are identified as the coordinates of the assumed points of radiation of the transmitter signal.

На фиг.2, в качестве примера, показаны односкачковая и двухскачковая траектории распространения модельных сигналов с указанием координат (φ0, θ0) точки размещения приемной станции (ПС) и координат точек прихода на поверхность Земли односкачковой

Figure 00000045
и двухскачковой
Figure 00000046
Figure 00000047
траекторий.Figure 2, as an example, shows the single-hop and double-hop propagation paths of model signals indicating the coordinates (φ 0 , θ 0 ) of the receiving station (PS) location point and the coordinates of the points of arrival on the Earth's surface with a single-hop
Figure 00000045
and two-jump
Figure 00000046
Figure 00000047
trajectories.

8. Находят совпадение предполагаемых точек излучения.8. Find the coincidence of the alleged points of radiation.

Для этого сравнивают координаты

Figure 00000048
Figure 00000044
полученных точек излучения сигнала, соответствующие различным лучам прихода принятого сигнала, и отбирают точки с совпадающими координатами.To do this, compare the coordinates
Figure 00000048
Figure 00000044
received signal emission points corresponding to different arrival beams of the received signal, and points with matching coordinates are selected.

В примере, приведенном на фиг.2, сравнению подлежат координаты

Figure 00000045
соответствующие лучу с односкачковой траекторией, и координаты
Figure 00000046
Figure 00000047
соответствующие лучу с двухскачковой траекторией.In the example shown in figure 2, the coordinates are compared
Figure 00000045
corresponding to a beam with a single-jump path, and coordinates
Figure 00000046
Figure 00000047
corresponding to a beam with a two-hop trajectory.

9. Совпавшие точки объединяют и находят точку, координаты которой идентифицируют как координаты передатчика.9. Matched points combine and find a point whose coordinates are identified as the coordinates of the transmitter.

Сравнение и объединение возможно различными способами [3, стр.297, 298]. Например, фиг.2 иллюстрирует возможность отбора точек по степени перекрытия эллипсов ошибок или по принадлежности точек области перекрытия их эллипсов ошибок. Возможно применение принципа центра масс. Например, для пары точек, идентифицированных как предполагаемые точки излучения, находят точку по принципу центра масс. Если расстояние от центра масс до каждой точки меньше заданного порога, то принимается решение об их совпадении и выборе центра масс в качестве местоположения передатчика. Значение порога выбирается исходя из эксплуатационной точности измерения координат. В результате несколько сопоставляемых точек (в примере на фиг.2 сопоставляются три точки) заменяются одной точкой центра масс.Comparison and integration are possible in various ways [3, p. 297, 298]. For example, figure 2 illustrates the possibility of selecting points according to the degree of overlap of the error ellipses or by the belonging of the points of the overlapping region of their error ellipses. Perhaps the application of the principle of the center of mass. For example, for a pair of points identified as putative radiation points, a point is found according to the principle of the center of mass. If the distance from the center of mass to each point is less than a predetermined threshold, then a decision is made on their coincidence and the choice of the center of mass as the location of the transmitter. The threshold value is selected based on the operational accuracy of the coordinate measurement. As a result, several points to be compared (in the example of figure 2, three points are compared) are replaced by one point of the center of mass.

На фиг.2 показана точка с координатами [φРПД, θРПД), которые идентифицированы как координаты передатчика (РПД). При этом использован упомянутый принцип центра масс.Figure 2 shows the point with the coordinates [φ RPD , θ RPD ), which are identified as the coordinates of the transmitter (RPD). In this case, the aforementioned principle of the center of mass was used.

Устройство, в котором реализуется предложенный способ (фиг.1), содержит последовательно соединенные антенную систему 1, многоканальное радиоприемное устройство (РПУ) 2, многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, вычислитель 4, блок моделирования траекторий и оценки координат 5, блок сравнения координат 6, блок управления и индикации 7 и формирователь модели ионосферы 8. Выход формирователя 8 соединен со вторым входом блока 5, а выход блока 7 подключен ко вторым входам устройства 2 и преобразователя 3.The device in which the proposed method is implemented (Fig. 1) comprises a series-connected antenna system 1, a multi-channel radio receiving device (RPU) 2, a multi-channel analog-to-digital converter (ADC) 3, a computer 4, a block for modeling trajectories and estimating coordinates 5, a block coordinate comparison 6, the control and display unit 7 and the ionosphere model shaper 8. The output of the shaper 8 is connected to the second input of block 5, and the output of block 7 is connected to the second inputs of device 2 and converter 3.

Антенная система 1 содержит опорную антенну с номером n=0 и N антенн с номерами n=1...N, объединенных в решетку.The antenna system 1 contains a reference antenna with the number n = 0 and N antennas with the numbers n = 1 ... N, combined in a grid.

Многоканальное РПУ 2 выполнено с общим гетеродином и с полосой пропускания каждого канала, соответствующей ширине спектра сигнала передатчика. Общий гетеродин обеспечивает многоканальный когерентный прием сигналов, что является основным условием интерферометрической (голографической) регистрации комплексных сигналов передатчиков.Multichannel RPU 2 is made with a common local oscillator and with a bandwidth of each channel corresponding to the width of the spectrum of the transmitter signal. The common local oscillator provides multi-channel coherent signal reception, which is the main condition for interferometric (holographic) registration of complex transmitter signals.

Кроме этого, РПУ 2 обеспечивает подключение опорной антенны (n=0) вместо всех антенн решетки для периодической калибровки каналов по внешнему источнику сигнала с целью устранения их амплитудно-фазовой неидентичности. Возможна калибровка по внутреннему источнику сигнала. При этом может быть использован генератор шума, выход которого также может подключаться вместо всех антенн для периодической калибровки каналов.In addition, RPU 2 provides the connection of a reference antenna (n = 0) instead of all the antennas of the array for periodic calibration of channels using an external signal source in order to eliminate their amplitude-phase non-identity. Calibration by internal signal source is possible. In this case, a noise generator can be used, the output of which can also be connected instead of all antennas for periodic calibration of channels.

Отметим, что возможен вариант построения многоканального РПУ 2 по принципу приемника прямого усиления. При этом каналы РПУ 2 выполняют функцию фильтрации принимаемого сигнала по частоте и функцию усиления отфильтрованного сигнала до уровня согласованного с входным диапазоном уровней АЦП.Note that it is possible to build a multi-channel RPU 2 according to the principle of a direct gain receiver. The channels of the RPU 2 perform the function of filtering the received signal by frequency and the function of amplifying the filtered signal to a level consistent with the input range of ADC levels.

Формирователь модели ионосферы 8 обеспечивает как долгосрочный прогноз параметров ионосферы, так и его корректировку по данным, поступающим от внешних систем вертикального или наклонного зондирования ионосферы.The shaper of the ionosphere model 8 provides both a long-term forecast of the ionosphere parameters and its correction according to the data received from external systems of vertical or inclined sounding of the ionosphere.

Блок управления и индикации 7 задает начальные параметры (частота и интервал приема) и синхронизирует работу устройств в режиме калибровки и в основном режиме.The control and indication unit 7 sets the initial parameters (frequency and reception interval) and synchronizes the operation of the devices in calibration mode and in the main mode.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

По сигналу управления от блока 7 производится настройка РПУ 2 на частоту приема

Figure 00000049
и обеспечивается запуск АЦП 3 и формирователя 8.On the control signal from block 7, the RPU 2 is tuned to the reception frequency
Figure 00000049
and provides the launch of the ADC 3 and the shaper 8.

Многолучевой сигнал передатчика принимается решеткой из N+1 антенн и (N+1)-канальным РПУ 2 на заданной частоте

Figure 00000049
в полосе приема, соответствующей ширине спектра частот принимаемого сигнала. В результате формируется ансамбль сигналов xn(t), зависящих от времени t, где n=0,...,N - номер антенны.The multipath transmitter signal is received by an array of N + 1 antennas and an (N + 1) -channel RPU 2 at a given frequency
Figure 00000049
in the reception band corresponding to the width of the frequency spectrum of the received signal. As a result, an ensemble of signals x n (t) is formed, depending on time t, where n = 0, ..., N is the antenna number.

Полученные сигналы хn(t) синхронно преобразуются (N+1)-канальным АЦП 3 в цифровые сигналы xn(z), где z - номер временного отсчета сигнала.The received signals x n (t) are synchronously converted by the (N + 1) -channel ADC 3 into digital signals x n (z), where z is the number of the time reference of the signal.

В вычислителе 4 цифровые сигналы xn(z) регистрируются на заданном временном интервале. Из цифровых сигналов xn(z) выделяют сигналы отдельных лучей прихода сигнала передатчика и восстанавливают двумерные пеленги каждого луча (азимут αq и угол места βq, где q=1...Q - текущий номер луча) по известным алгоритмам. На выходе вычислителя 4 формируется ансамбль двумерных пеленгов

Figure 00000050
In the calculator 4, digital signals x n (z) are recorded at a given time interval. From digital signals x n (z), the signals of individual rays of the arrival of the transmitter signal are extracted and the two-dimensional bearings of each beam are restored (azimuth α q and elevation angle β q , where q = 1 ... Q is the current beam number) according to known algorithms. At the output of calculator 4, an ensemble of two-dimensional bearings is formed
Figure 00000050

В блоке 5 генерируются модельные сигналы обратного излучения в измеренных направлениях

Figure 00000014
прихода лучей. С использованием модели ионосферы, получаемой в формирователе 8 с привязкой к частоте
Figure 00000049
и времени приема (время, месяц, год), строятся траектории обратного многоскачкового распространения модельных сигналов каждого луча в ионосфере. Кроме того, в блоке 5 определяются сферические координаты прихода модельных сигналов всех скачков каждого луча на поверхность Земли, которые идентифицируются как координаты предполагаемых точек излучения сигнала передатчика.In block 5, model feedback signals are generated in the measured directions
Figure 00000014
the arrival of the rays. Using a model of the ionosphere obtained in the shaper 8 with reference to the frequency
Figure 00000049
and reception time (time, month, year), the trajectories of the reverse multi-hop propagation of model signals of each beam in the ionosphere are built. In addition, in block 5, the spherical coordinates of the arrival of model signals of all the jumps of each ray to the Earth's surface are determined, which are identified as the coordinates of the assumed emission points of the transmitter signal.

В блоке 6 сравниваются координаты полученных точек излучения сигнала, соответствующие различным лучам прихода принятого сигнала, и отбираются точки с совпадающими координатами. Совпавшие точки объединяются и находится точка, координаты которой идентифицируются как координаты передатчика. Сравнение и объединение выполняется в соответствии с пунктом 9, приведенным на стр.10 описания.In block 6, the coordinates of the received signal emission points corresponding to different arrival beams of the received signal are compared, and points with matching coordinates are selected. Matched points are combined and a point is found whose coordinates are identified as the coordinates of the transmitter. Comparison and combination are carried out in accordance with paragraph 9 on page 10 of the description.

В блоке 7 для повышения информативности отображается местоположение передатчика на картографическом фоне.In block 7, to increase the information content, the location of the transmitter on the cartographic background is displayed.

Повышение точности однопозиционного определения местоположения ДКМВ передатчиков достигается за счет дополнительной информации, получаемой в результате разделения многолучевого поля принимаемого сигнала и моделирования процесса распространения радиоволн в трехмерно неоднородной ионосфере.Improving the accuracy of single-position location of the DKMV transmitters is achieved by additional information obtained by dividing the multipath field of the received signal and simulating the process of propagation of radio waves in a three-dimensionally inhomogeneous ionosphere.

При этом обеспечивается:This provides:

- уменьшение вероятности аномальных ошибок измерений местоположения, обусловленных интерференционными биениями сигналов нескольких лучей;- reducing the likelihood of anomalous errors in location measurements due to interference beats of the signals of several beams;

- устранение аномальных ошибок определения местоположения, вызванных отклонением лучевой траектории, как по дальности, так и по направлению из-за наклонов отражающего слоя ионосферы;- elimination of anomalous positioning errors caused by the deviation of the beam path, both in range and direction due to the slopes of the reflecting layer of the ionosphere;

- решение проблемы однозначного определения местоположения ДКМВ передатчиков при использовании только одной приемной станции (пеленгатора-дальномера).- solving the problem of unambiguous determination of the location of DKMV transmitters when using only one receiving station (direction finder-range finder).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. патент RU №2158002, кл. 7 G 01 S 3/14, 5/04, 2000 г.1. patent RU No. 2158002, class. 7 G 01 S 3/14, 5/04, 2000

2. патент JP №4-29030, кл. G 01 S 3/48, 11/02, 1993 г.2. JP patent No. 4-29030, class. G 01 S 3/48, 11/02, 1993

3. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981. - 416 с.3. Shirman Y.D., Manzhos V.N. The theory and technique of processing radar information against the background of interference. - M .: Radio and communications, 1981. - 416 p.

4. Шевченко В.Н. Оценивание углового положения источников когерентных сигналов на основе методов регуляризации // Радиотехника. - 2003. - №9. - С.3-10.4. Shevchenko V.N. Estimation of the angular position of sources of coherent signals based on regularization methods // Radio Engineering. - 2003. - No. 9. - C.3-10.

5. Bilitza D. Ionospheric Models for Radio Propagation Studies // The review of radio science 1999-2002/ Ed. W. Ross Stone, IEEE Press. 2002. PP.625-679.5. Bilitza D. Ionospheric Models for Radio Propagation Studies // The review of radio science 1999-2002 / Ed. W. Ross Stone, IEEE Press. 2002. PP.625-679.

Claims (1)

Способ однопозиционного определения местоположения декаметровых передатчиков, включающий прием на заданной частоте многолучевого сигнала передатчика решеткой антенн, синхронное преобразование ансамбля принятых антеннами сигналов в цифровые сигналы и их синхронную регистрацию на заданном временном интервале, отличающийся тем, что из цифровых сигналов выделяют сигналы отдельных лучей прихода сигнала передатчика и определяют двумерные пеленги прихода каждого луча, формируют модель ионосферы, соответствующую частоте и временному интервалу приема сигнала, и модельные сигналы обратного излучения в измеренных направлениях прихода лучей в ионосфере, определяют траектории обратного многоскачкового распространения модельных сигналов в ионосфере и находят координаты точек их прихода на поверхность Земли, которые идентифицируют как координаты предполагаемых точек излучения сигнала передатчика, находят совпадение полученных точек, совпавшие точки объединяют и находят точку, координаты которой идентифицируют как координаты передатчика.Method for single-position location of decameter transmitters, including receiving at a given frequency a multipath transmitter signal by an array of antennas, synchronously converting an ensemble of signals received by antennas into digital signals and registering them synchronously at a predetermined time interval, characterized in that the signals of the individual beams of the transmitter signal arrive from digital signals and determine the two-dimensional bearings of the arrival of each ray, form a model of the ionosphere corresponding to the frequency and time the signal reception interval, and the model signals of the return radiation in the measured directions of arrival of the rays in the ionosphere, determine the trajectories of the reverse multi-hop propagation of model signals in the ionosphere and find the coordinates of the points of their arrival on the Earth's surface, which are identified as the coordinates of the assumed points of radiation of the transmitter signal, find the coincidence of the received points , coincident points combine and find a point whose coordinates are identified as the coordinates of the transmitter.
RU2004118129/09A 2004-06-15 2004-06-15 Method for one-positional detection of position of decametric transmitters RU2285934C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004118129/09A RU2285934C2 (en) 2004-06-15 2004-06-15 Method for one-positional detection of position of decametric transmitters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004118129/09A RU2285934C2 (en) 2004-06-15 2004-06-15 Method for one-positional detection of position of decametric transmitters

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004118129A RU2004118129A (en) 2005-12-10
RU2285934C2 true RU2285934C2 (en) 2006-10-20

Family

ID=35868422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004118129/09A RU2285934C2 (en) 2004-06-15 2004-06-15 Method for one-positional detection of position of decametric transmitters

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2285934C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2490661C1 (en) * 2012-03-06 2013-08-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Method of determining coordinates of short-wave radio-frequency source
RU2713188C1 (en) * 2019-06-24 2020-02-04 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Технологии и системы радиомониторинга" Method for single-position determination of coordinates of sources of high-frequency radio waves during ionospheric propagation
RU2765727C1 (en) * 2021-04-26 2022-02-02 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Frequency method for range measurement with the measurement of the beat frequency by a holographic measuring system
RU2798776C1 (en) * 2022-07-13 2023-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЗФ СО РАН) Method for locating sources of decameter radio emission

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2490661C1 (en) * 2012-03-06 2013-08-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Method of determining coordinates of short-wave radio-frequency source
RU2713188C1 (en) * 2019-06-24 2020-02-04 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Технологии и системы радиомониторинга" Method for single-position determination of coordinates of sources of high-frequency radio waves during ionospheric propagation
RU2765727C1 (en) * 2021-04-26 2022-02-02 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Frequency method for range measurement with the measurement of the beat frequency by a holographic measuring system
RU2798776C1 (en) * 2022-07-13 2023-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЗФ СО РАН) Method for locating sources of decameter radio emission

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004118129A (en) 2005-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7267460B2 (en) System and method for high integrity satellite positioning
RU2318222C2 (en) Method and system for navigation in real time scale which use three carrier radio signals, transmitted by satellite, and ionosphere corrections
US8077089B2 (en) Precision geolocation of moving or fixed transmitters using multiple observers
US20080129598A1 (en) Positioning Method and Device
EP1148344A1 (en) Positioning of a wireless terminal with satellite positioning signals or base station signals
US20120050103A1 (en) Synthetic aperture device for receiving signals of a system comprising a carrier and means for determining its trajectory
CN106908770B (en) High-resolution microwave imaging satellite star ground integrative simulation method
US20080204315A1 (en) System and Method For Monitoring and Surveying Movements of the Terrain, Large Infrastructures and Civil Building Works In General, Based Upon the Signals Transmitted by the Gps Navigation Satellite System
JP2006500567A (en) Position estimation using a network of global positioning receivers
CN102753991A (en) Short and ultra-short baseline phase maps
Krypiak-Gregorczyk et al. Carrier phase bias estimation of geometry-free linear combination of GNSS signals for ionospheric TEC modeling
JP5759676B2 (en) Propagation path estimation system and propagation path estimation method
CN113805208B (en) GNSS-IR height measurement method suitable for navigation receiver
CN113253233A (en) Analysis processing method and system based on all-sky meteor radar signals
Bar-Sever et al. Atmospheric media calibration for the deep space network
Ya’acob et al. Determination of GPS total electron content using single layer model (SLM) ionospheric mapping function
Tolman et al. Absolute precise kinematic positioning with GPS and GLONASS
Martin GNSS precise point positioning: The enhancement with GLONASS
Brack et al. Operational multi-GNSS global ionosphere maps at GFZ derived from uncombined code and phase observations
JP2009270928A (en) Positioning system for moving object
RU2285934C2 (en) Method for one-positional detection of position of decametric transmitters
Andrianarison et al. Innovative techniques for collective detection of multiple GNSS signals in challenging environments
Al-Franek Ionospheric imaging for Canadian polar regions
CN114879197A (en) Method for calibrating satellite DDM (distributed data management) in real time
CN115113234A (en) Improved ionospheric grid product generation method, terminal and readable storage medium

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20130506

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140616