RU2325666C2 - Differential-range technique of locating radio-frequency radiation source - Google Patents

Differential-range technique of locating radio-frequency radiation source Download PDF

Info

Publication number
RU2325666C2
RU2325666C2 RU2006122641/09A RU2006122641A RU2325666C2 RU 2325666 C2 RU2325666 C2 RU 2325666C2 RU 2006122641/09 A RU2006122641/09 A RU 2006122641/09A RU 2006122641 A RU2006122641 A RU 2006122641A RU 2325666 C2 RU2325666 C2 RU 2325666C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radio
iri
radiation source
frequency radiation
angle
Prior art date
Application number
RU2006122641/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006122641A (en
Inventor
Алексей Геннадиевич Сайбель (RU)
Алексей Геннадиевич Сайбель
Павел Александрович Сидоров (RU)
Павел Александрович Сидоров
Original Assignee
Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского
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 Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского filed Critical Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского
Priority to RU2006122641/09A priority Critical patent/RU2325666C2/en
Publication of RU2006122641A publication Critical patent/RU2006122641A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2325666C2 publication Critical patent/RU2325666C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: determination of the azimuth and position angle of the radio-frequency radiation source in wide-base location systems. The surface of position of the radio-frequency radiation source is a plane, which has a positioning line of the source, in the form of intersection of two hyperbolic surfaces of position of the corresponding differential-time measurements. The technique for locating the radio-frequency radiation source is based on receiving its signal using three antennae, measurement of two time differences for receiving the signal from the source using the antennae, which form measuring bases, subsequent processing of measuring results with the aim of calculating the value of the bearing angle of the radio-frequency radiation source, coordinate points, through which the observation line of the radio-frequency radiation source passes, as well as the position angle of the radio-frequency radiation source.
EFFECT: measurement of the bearing angle and position angle of the radio-frequency radiation source with high accuracy due to elimination of systematic errors during direction finding.
10 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в пеленгационных комплексах для определения угловых координат источника радиоизлучения (ИРИ).The invention relates to the field of radio engineering and can be used in direction finding complexes to determine the angular coordinates of a radio emission source (IRI).

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

Известны способы и устройства пеленгования [1-5, 10-20 и др.].Known methods and devices for direction finding [1-5, 10-20, etc.].

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

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

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

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

Известен также способ пеленгования на основе измерения разности времен приема сигналов от ИРИ двумя разнесенными антеннами [например, 6]. При отклонении положения ИРИ от перпендикуляра к центру базы возникает разность хода сигналов Δr=r1-r2 (r1 и r2 - расстояния от ИРИ до первой и второй антенн соответственно). Относительное запаздывание τ сигналов вследствие постоянства скорости и прямолинейности распространения радиоволн пропорционально разности ходаThere is also a method of direction finding based on measuring the difference in the time of reception of signals from the IRI by two spaced antennas [for example, 6]. When the position of the IRI deviates from the perpendicular to the center of the base, a difference in the signal path Δr = r 1 -r 2 occurs (r 1 and r 2 are the distances from the IRI to the first and second antennas, respectively). The relative delay of the τ signals due to the constancy of the speed and linearity of propagation of radio waves is proportional to the path difference

τ=Δr/с.τ = Δr / s.

Значение азимута α ИРИ вычисляется по формулеThe azimuth value α IRI is calculated by the formula

α≈arccos(Δr/d),α≈arccos (Δr / d),

где d - расстояние между антеннами,where d is the distance between the antennas,

при этомwherein

Figure 00000002
Figure 00000002

где r=min(r1, r2).where r = min (r 1 , r 2 ).

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

Пеленгование возможно так же произвести на основе измерения доплеровского смещения частоты Δfд [см., например, 7]. ПосколькуDirection finding can also be done on the basis of measuring the Doppler frequency offset Δf d [see, for example, 7]. Insofar as

Δfд=-νr/λ,Δf d = -ν r / λ,

где λ - длина волны сигнала ИРИ;where λ is the wavelength of the IRI signal;

νr - радиальная скорость ИРИ относительно приемной антенны,ν r is the radial speed of the IRI relative to the receiving antenna,

то, измеряя Δfд на предельно малом интервале, можно получить вариант частотного способа, именуемый доплеровским дифференциальным, который позволяет определить значение углового параметра местоопределения α:then, by measuring Δf d on an extremely small interval, you can get a variant of the frequency method called the Doppler differential, which allows you to determine the value of the angular location parameter α:

α=2arccos(νr/ν),α = 2arccos (ν r / ν),

где ν - скорость движения ИРИ в системе координат, начало которой совпадает с точкой расположения приемной антенны.where ν is the IRI velocity in the coordinate system, the beginning of which coincides with the location of the receiving antenna.

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

Основными недостатками перечисленных способов является возможность пеленгования ИРИ только в дальней зоне, т.е. при выполнении условияThe main disadvantages of these methods is the possibility of direction finding IRI only in the far zone, i.e. under the condition

r>>d,r >> d,

где r - расстояние до ИРИ;where r is the distance to Iran;

d - длина измерительной базы.d is the length of the measuring base.

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

Известно, что точность определения пеленга ИРИ зависит от величины отношения размера измерительной базы к величине дальности до ИРИ (зависимость характеризуется выражением, учитывающим нижнюю границу Крамера-Рао [6]). Однако значительное увеличение размера измерительной базы приводит к росту систематической погрешности пеленгования, обусловленной сферичностью фронта электромагнитной волны. Величина ошибки пеленгования при значениях дальности r<10d может достигать десяти и более процентов от значения угловой координаты ИРИ. Для снижения погрешности пеленгования используют пеленгационные устройства (например, [20]), в которых систематическая погрешность пеленгования сводится к минимуму за счет учета сферичности волнового фронта.It is known that the accuracy of determining the IRI bearing depends on the ratio of the size of the measuring base to the distance to the IRI (the dependence is characterized by an expression that takes into account the lower Cramer-Rao boundary [6]). However, a significant increase in the size of the measuring base leads to an increase in the systematic error of direction finding due to the sphericity of the front of the electromagnetic wave. The magnitude of the direction finding error at range values r <10d can reach ten or more percent of the value of the angular coordinate of the IRI. To reduce the direction finding error, direction finding devices are used (for example, [20]), in which the systematic direction finding error is minimized by taking into account the sphericity of the wave front.

Из известных способов пеленгования наиболее близким к предлагаемому является способ [20], который предполагает выполнение следующих операций:Of the known methods of direction finding closest to the proposed method is [20], which involves the following operations:

- располагают три антенны в вершинах треугольника ΔАВС:- have three antennas at the vertices of the triangle ΔABC:

- принимают сигнал ИРИ на все три антенны;- receive an IRI signal to all three antennas;

- измеряют разности времен ΔtAC и ΔtBC приема сигнала ИРИ антеннами, размещаемыми в парах точек {A, C} и {B, C} соответственно;- measure the time difference Δt AC and Δt BC of the reception of the IRI signal by antennas placed in pairs of points {A, C} and {B, C}, respectively;

- вычисляют значение γ азимута ИРИ с использованием выражения- calculate the value of the azimuth of the IRI using the expression

Figure 00000003
Figure 00000003

где x3=(b2-c2)/a;

Figure 00000004
Figure 00000005
where x 3 = (b 2 -c 2 ) / a;
Figure 00000004
Figure 00000005

- вычисляют координаты {xf, yf} точки F, принадлежащей линии пеленга ИРИ, с использованием выражений:- calculate the coordinates {x f , y f } of the point F belonging to the line of the bearing IRI, using the expressions:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

где

Figure 00000008
Where
Figure 00000008

- отображают полученные результаты.- display the results.

Недостаток данного способа пеленгования состоит в том, что определяется только одна угловая координата ИРИ - азимут, тогда как для однозначного определения линии пеленга ИРИ необходимо определить также угол места β (см. фиг.1)The disadvantage of this method of direction finding is that only one angular coordinate of the IRI is determined - azimuth, while for the unambiguous determination of the line of the bearing of the IRI it is also necessary to determine the elevation angle β (see Fig. 1)

Данный способ выбран в качестве прототипа.This method is selected as a prototype.

Целью изобретения является разработка способа, позволяющего вычислять угол β - угол места ИРИ.The aim of the invention is to develop a method that allows you to calculate the angle β - the elevation angle of the IRI.

Поставленная цель достигается тем, что в способе пеленгования ИРИ, основанном на приеме его сигнала тремя антеннами, образующими две пары измерительных баз, измерении разностей времен прихода сигнала ИРИ на антенны и вычислении с помощью используемых в прототипе выражений (приведенных выше):This goal is achieved by the fact that in the method of direction finding of the IRI, based on the reception of its signal by three antennas that form two pairs of measuring bases, measuring the differences in the times of arrival of the IRI signal to the antennas and calculating using the expressions (above) used in the prototype:

- значений разностей дальностей от ИРИ до пар точек {A, C} и {B, C} размещения антенн;- values of differences of ranges from IRI to pairs of points {A, C} and {B, C} of antenna placement;

- значения угла γ азимута ИРИ;- values of the angle γ of the azimuth of the IRI;

- координат {xf, yf} точки F, принадлежащей линии пеленга ИРИ,- coordinates {x f , y f } of the point F belonging to the line of the bearing IRI,

дополнительно вычисляют значение угла места β ИРИ с использованием выраженияadditionally calculate the elevation angle β IRI using the expression

Figure 00000009
Figure 00000009

где

Figure 00000010
Figure 00000011
Where
Figure 00000010
Figure 00000011

и отображают полученные результаты.and display the results.

Предлагаемый способ предполагает выполнение следующих операций:The proposed method involves the following operations:

- располагают три антенны в вершинах треугольника ΔАВС;- have three antennas at the vertices of the triangle ΔABC;

- принимают сигнал ИРИ на все три антенны;- receive an IRI signal to all three antennas;

- измеряют разности времен приема сигнала ИРИ антеннами, образующими измерительные базы [А, С} и {В, С];- measure the time difference between the reception of the IRI signal by the antennas forming the measuring bases [A, C} and {B, C];

- вычисляют значение угла γ азимута ИРИ;- calculate the value of the angle γ of the azimuth of the IRI;

- вычисляют значение координат точки, принадлежащей линии положения ИРИ;- calculate the coordinate value of the point belonging to the line of position of the IRI;

- вычисляют значение угла β места ИРИ;- calculate the value of the angle β of the IRI;

- отображают полученные результаты.- display the results.

Устройство, реализующее данный способ пеленгования, аналогично устройству, описанному в [20], и состоит из трех функционально взаимосвязанных элементов (фиг.2):A device that implements this method of direction finding, similar to the device described in [20], and consists of three functionally interconnected elements (figure 2):

- антенной системы, содержащей три антенны 1, 2 и 3;- an antenna system containing three antennas 1, 2 and 3;

- системы измерения, содержащей блоки 4 и 5, предназначенные для измерения разностей времен приема сигнала ИРИ парами антенн {1; 3} и {2; 3};- a measurement system containing blocks 4 and 5, designed to measure differences in the time of reception of the IRI signal by antenna pairs {1; 3} and {2; 3};

- системы обработки и отображения, содержащей вычислительный блок 6 и блок 7, осуществляющий визуализацию результатов.- a processing and display system comprising a computing unit 6 and a unit 7, which implements a visualization of the results.

Отличие от устройства, описанного в [20], состоит в том, что в вычислительном блоке 6 осуществляется также вычисление значения угла места β.The difference from the device described in [20] is that in the computing unit 6, the elevation angle β is also calculated.

Принцип работы устройства, реализующего предлагаемый способ, состоит в следующем: антенны 1, 2 и 3 располагают в трех точках трехмерного пространства А, В, С, имеющих координаты <xA, yA, zA>, <xB, yB, zB> и <хC, yC, zC>, соответственно.The principle of operation of the device that implements the proposed method is as follows: antennas 1, 2 and 3 are located at three points in the three-dimensional space A, B, C having coordinates <x A , y A , z A >, <x B , y B , z B > and <x C , y C , z C >, respectively.

Для удобства и наглядности дальнейшего изложения предположим, что точка расположения ИРИ совпадает с некоторой точкой D, имеющей неизвестные координаты <x, y, z>. Обозначим разность расстояний от нее до точек А и В через ΔrAB, а разность расстояний до точек А и С через ΔrAC.For convenience and clarity of the further discussion, let us assume that the IRI location point coincides with some point D having unknown coordinates <x, y, z>. Denote the difference of the distances from it to points A and B by Δr AB , and the difference of the distances to points A and C by Δr AC .

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

Figure 00000012
, а плоскость хОу совпадала с плоскостью АВС (фиг.3). Тогда координаты точек А, В и С в системе Oxyz соответственно равныWe introduce the coordinate system Oxyz defined in such a way that its origin coincides with the middle of the segment AB, the axis Ox is collinear to the vector
Figure 00000012
, and the xOy plane coincided with the ABC plane (Fig. 3). Then the coordinates of points A, B, and C in the Oxyz system are respectively equal

хA=-a; уA=0; zA=0;x A = -a; at A = 0; z A = 0;

xB=a; yB=0; zB=0;x B = a; y B = 0; z B = 0;

xC=x3; yC=y3; zC=0;x C = x 3 ; y C = y 3 ; z is C = 0;

где

Figure 00000013
Where
Figure 00000013

В данной системе координат, в соответствии с [20], уравнение поверхности положения точки D имеет вид канонического уравнения двуполостного гиперболоида вращения (см. фиг.4)In this coordinate system, in accordance with [20], the equation of the surface of the position of the point D has the form of the canonical equation of a two-sheeted hyperboloid of revolution (see figure 4)

Figure 00000014
Figure 00000014

где

Figure 00000015
Figure 00000016
Where
Figure 00000015
Figure 00000016

Аналогично, введя в рассмотрение систему координат О'х'у'z', начало которой совпадает с серединой отрезка АС, ось O'х' коллинеарна полупрямой АС, а плоскость х'O'у' совпадает с плоскостью Oxyz, можно получить, что точка D принадлежит поверхности, описываемой уравнениемSimilarly, introducing the coordinate system O'x'y'z ', the origin of which coincides with the middle of the segment AC, the axis O'x' is collinear to the half-line AC, and the x'O'y 'plane coincides with the Oxyz plane, we can obtain that point D belongs to the surface described by the equation

Figure 00000017
Figure 00000017

где

Figure 00000018
Figure 00000019
Where
Figure 00000018
Figure 00000019

х', у', z' - координаты точки D в системе координат O'х'у'z'.x ', y', z '- coordinates of the point D in the coordinate system O'x'y'z'.

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

Поскольку плоскости хОу и х'О'у' совпадают, то уравнение (2) в системе координат Oxyz можно получить, произведя замену переменных в соответствии с известными выражениями [8]:Since the planes xOy and x'O'y 'coincide, then equation (2) in the coordinate system Oxyz can be obtained by changing the variables in accordance with the known expressions [8]:

х'=(х-x0)cosα+(у-у0)sinα,x '= (x-x 0 ) cosα + (y- 0 ) sinα,

у'=-(х-x0)sinα+(у-y0)cosα,y '= - (x-x 0 ) sinα + (y-y 0 ) cosα,

где x0, y0 - координаты точки O'х' в системе координат Oxyz;where x 0 , y 0 are the coordinates of the point O'x 'in the coordinate system Oxyz;

α - угол между координатными осями Ох и O'х' (см. фиг.5).α is the angle between the coordinate axes Ox and O'x '(see figure 5).

В результате такого преобразования уравнение (2) примет видAs a result of this transformation, equation (2) takes the form

a2х2+b2у22ху+d2x+е2у+f2=z2,a 2 x 2 + b 2 y 2 + s 2 xy + d 2 x + e 2 y + f 2 = z 2 ,

где а2=(а+х3)2/Δr2AC - 1;where a 2 = (a + x 3 ) 2 / Δr 2 AC - 1;

b2=y23/Δr2AC - 1;b 2 = y 2 3 / Δr 2 AC - 1;

c2=2y3(a+x3)/Δr2AC;c 2 = 2y 3 (a + x 3 ) / Δr 2 AC ;

d2=x3-a-2(a+x3)(2b2-a(a+х3))/Δr2AC;d 2 = x 3 -a-2 (a + x 3 ) (2b 2 -a (a + x 3 )) / Δr 2 AC ;

e2=y3-2y3(2b2-a(a+x3))/Δr2AC;e 2 = y 3 -2y 3 (2b 2 -a (a + x 3 )) / Δr 2 AC ;

f2=(2b2-a(a+x3))2/Δr2AC-((a-x3)2+y23+4b2-Δr2AC)/4;f 2 = (2b 2 -a (a + x 3 )) 2 / Δr 2 AC - ((ax 3 ) 2 + y 2 3 + 4b 2 -Δr 2 AC ) / 4;

Figure 00000020
Figure 00000020

Если рассмотреть разность разностей расстояний от точки D до пар точек {А, В} и {А, С}, то очевидно, чтоIf we consider the difference in the differences of the distances from the point D to the pairs of points {A, B} and {A, C}, then it is obvious that

Figure 00000021
Figure 00000021

то есть разность разностей расстояний от точки D до пар точек {А, В} и {А, С} равна разности расстояний от точки D до пары точек {С, В}. Из чего следует, что точка D также принадлежит и третьей поверхности, описываемой уравнениемthat is, the difference in the differences of the distances from the point D to the pairs of points {A, B} and {A, C} is equal to the difference in the distances from the point D to the pair of points {C, B}. It follows that the point D also belongs to the third surface described by the equation

а3х2+b3y23ху+d3x+е3у+f3=z2,a 3 x 2 + b 3 y 2 + c 3 xy + d 3 x + e 3 y + f 3 = z 2 ,

где а3=(а-х3)2/Δr2BC - 1;where a 3 = (a-x 3 ) 2 / Δr 2 BC - 1;

b3=y32/Δr2BC - 1;b 3 = y 3 2 / Δr 2 BC - 1;

c3=-2y3(a-x3)/Δr2BC;c 3 = -2y 3 (ax 3 ) / Δr 2 BC ;

d3=x3+a+2(а-х3)(2c2-а(а-х3))/Δr2BC;d 3 = x 3 + a + 2 (a-x 3 ) (2c 2 -a (a-x 3 )) / Δr 2 BC ;

e3=y3-2y3(2c2-a(a-x3))/Δr2BC;e 3 = y 3 -2y 3 (2c 2 -a (ax 3 )) / Δr 2 BC ;

f3=(2с2-a(а-х3))2/Δr2BC-((а+х3)2+y23+4c2-Δr2BC)/4.f 3 = (2s 2 -a (a-x 3 )) 2 / Δr 2 BC - ((a + x 3 ) 2 + y 2 3 + 4c 2 -Δr 2 BC ) / 4.

Таким образом, местоположение точки D в системе координат Oxyz определяется системой уравненийThus, the location of point D in the Oxyz coordinate system is determined by the system of equations

Figure 00000022
Figure 00000022

где a1=(2a/ΔrAB)2-1; b1=-1; f1=(ΔrAB/2)22.where a 1 = (2a / Δr AB ) 2 -1; b 1 = -1; f 1 = (Δr AB / 2) 2 -a 2 .

Система уравнений (3) связывает неизвестные значения координат точки D с известными координатами точек А, В, С и значениями разностей дальностей ΔrAB, ΔrAC и ΔrBC. Однако ввиду наличия функциональной взаимосвязи между входящими в систему уравнениями, данная система имеет бесконечное множество решений. В состав множества решений будут входить векторы координат всех точек пересечения поверхностей положения точки D, описываемых входящими в систему (3) уравнениями.The system of equations (3) connects the unknown values of the coordinates of the point D with the known coordinates of the points A, B, C and the values of the distance differences Δr AB , Δr AC and Δr BC . However, due to the presence of a functional relationship between the equations in the system, this system has an infinite number of solutions. The set of solutions will include the coordinate vectors of all the intersection points of the position surfaces of the point D described by the equations included in system (3).

Определим вид пространственной линии, содержащей все точки, координаты которых являются корнями системы уравнений (3). Для этого рассмотрим сечение поверхностей положения точки D плоскостью, описываемой уравнением z=zS=const (см. фиг.6).Let us determine the form of the spatial line containing all points whose coordinates are the roots of the system of equations (3). To do this, we consider the section of the surfaces of the position of the point D by the plane described by the equation z = z S = const (see Fig. 6).

Для произвольного значения zS можно записатьFor an arbitrary value of z S, we can write

Figure 00000023
Figure 00000023

где f'i=fi-z2S; i=1...3.where f ' i = f i -z 2 S ; i = 1 ... 3.

Входящие в систему (4) уравнения являются уравнениями гипербол. Таким образом, решить систему уравнений (4) - значит найти координаты точек пересечения трех гипербол, описываемых входящими в систему уравнениями.The equations in system (4) are hyperbole equations. Thus, to solve the system of equations (4) means to find the coordinates of the intersection points of three hyperbolas described by the equations included in the system.

С целью нахождения решений системы (4) приведем ее к видуIn order to find solutions of system (4), we bring it to the form

Figure 00000024
Figure 00000024

где l1=(a1Δbdad)/K; m1=(a1Δbeae)/K; n1=(a1Δbfaf+f1ab)/K;where l 1 = (a 1 Δ bd + Δ ad ) / K; m 1 = (a 1 Δ be + Δ ae ) / K; n 1 = (a 1 Δ bf + Δ af + f 1ab ) / K;

l2=-a1Δcd/K; m2=-a1Δce/K; n2=-(a1Δcf+f1Δac)/K;l 2 = -a 1 Δ cd / K; m 2 = -a 1 Δ ce / K; n 2 = - (a 1 Δ cf + f 1 Δ ac ) / K;

l3=-Δcd/K; m3=-Δce/K; n3=(-Δcf+f1Δbc)/K;l 3 = -Δ cd / K; m 3 = -Δ ce / K; n 3 = (- Δ cf + f 1 Δ bc ) / K;

K=a1Δbcac;K = a 1 Δ bc + Δ ac ;

Figure 00000025
Figure 00000025

Из первого уравнения системы (5) следует, чтоFrom the first equation of system (5) it follows that

y=-(l1x+n1)/(x+m1),y = - (l 1 x + n 1 ) / (x + m 1 ),

поэтому систему уравнений (5) можно представить в видеtherefore, the system of equations (5) can be represented as

Figure 00000026
Figure 00000026

где В1=l21+2l2m1-l1m2+n2;where B 1 = l 2 1 + 2l 2 m 1 -l 1 m 2 + n 2 ;

C1=2l1n1+l2m12-m2n1-l1m1m2+2m1n2;C 1 = 2l 1 n 1 + l 2 m 1 2 -m 2 n 1 -l 1 m 1 m 2 + 2m 1 n 2 ;

D1=n21-m1m2n1+m21n2;D 1 = n 2 1 -m 1 m 2 n 1 + m 2 1 n 2 ;

В2=m1+l3;B 2 = m 1 + l 3 ;

С2=l3m1-l1m3+n3;C 2 = l 3 m 1 -l 1 m 3 + n 3 ;

D2=m1n3-m3n1.D 2 = m 1 n 3 -m 3 n 1 .

Решениями квадратного уравнения системы (6) являются два значения переменной х, определяемые общеизвестными выражениями:The solutions of the quadratic equation of system (6) are two values of the variable x, defined by well-known expressions:

Figure 00000027
Figure 00000028
Figure 00000027
Figure 00000028

где a, b, c - коэффициенты квадратного уравнения, для данного конкретного случая равные:where a, b, c are the coefficients of the quadratic equation, for this particular case equal:

Figure 00000029
Figure 00000030
Figure 00000031
Figure 00000029
Figure 00000030
Figure 00000031

Если ввести обозначенияIf we introduce the notation

y1=-(l1x1+n1)/(x1+m1) и y2=-(l1x2+n1)/(x2+m1),y 1 = - (l 1 x 1 + n 1 ) / (x 1 + m 1 ) and y 2 = - (l 1 x 2 + n 1 ) / (x 2 + m 1 ),

то частное разности y2 и y1 и разности корней квадратного уравнения х2 и x1 определяется выражениемthen the quotient of the difference y 2 and y 1 and the difference of the roots of the quadratic equation x 2 and x 1 is determined by the expression

Figure 00000032
Figure 00000032

а суммы этих величин - выражениями:and the sum of these quantities is expressed by the expressions:

Figure 00000033
Figure 00000033

где

Figure 00000034
Where
Figure 00000034

Полученный результат может быть интерпретирован следующим образом: поскольку значение отношения (7) не зависит от значения переменной z, следовательно, с учетом (8), все точки, координаты которых являются решениями системы уравнений (3), лежат в одной плоскости, перпендикулярной плоскости хОу, пересекающей ось Ох под угломThe obtained result can be interpreted as follows: since the value of relation (7) does not depend on the value of the variable z, therefore, taking into account (8), all points whose coordinates are solutions of the system of equations (3) lie in one plane perpendicular to the xOy plane intersecting the axis Ox at an angle

Figure 00000035
Figure 00000035

и проходящей через точку F с координатамиand passing through point F with coordinates

Figure 00000036
Figure 00000036

Полученный результат означает, что два значения разностей дальностей от двух пар опорных точек до искомой точки расположения ИРИ определяют направление (угол азимута γ) на источник радиоизлучения, расположенный на произвольной высоте h над плоскостью ABC (см. фиг.1).The obtained result means that two values of the differences of ranges from two pairs of reference points to the desired location of the IRI determine the direction (azimuth angle γ) to the radio source located at an arbitrary height h above the plane ABC (see figure 1).

Таким образом, значение угла γ азимута ИРИ вычисляется с использованием выраженияThus, the value of the angle γ of the azimuth of the IRI is calculated using the expression

Figure 00000037
Figure 00000037

Координаты {xf, yf} точки F, принадлежащей линии пеленга ИРИ, вычисляются с использованием выражений:The coordinates {x f , y f } of the point F belonging to the IR bearing line are calculated using the expressions:

Figure 00000038
Figure 00000038

Figure 00000039
Figure 00000039

где

Figure 00000040
Where
Figure 00000040

Трем вычисленным значениям (γ, xf, уf) соответствует плоскость Ω, проходящая через точку F под углом γ к оси Ох и перпендикулярная плоскости ABC. Поскольку точка D принадлежит одновременно плоскости Ω и поверхности положения, описываемой уравнением (1), следовательно, она принадлежит линии пересечения этих поверхностей (см. фиг.7).The three calculated values (γ, x f , y f ) correspond to the plane Ω passing through the point F at an angle γ to the axis Ox and perpendicular to the plane ABC. Since the point D belongs simultaneously to the plane Ω and the position surface described by equation (1), therefore, it belongs to the intersection line of these surfaces (see Fig. 7).

Если ввести в рассмотрение систему координат Ex''y''z'', начало которой совпадает с точкой пересечения плоскости Ω с осью Ox, ∠xEx''=∠γ,

Figure 00000041
(см. фиг.8), то уравнение поверхности положения, описываемой уравнением (1), в данной системе координат имеет видIf we introduce the coordinate system Ex''y''z '', whose origin coincides with the intersection point of the plane Ω with the axis Ox, ∠xEx '' = ∠γ,
Figure 00000041
(see Fig. 8), then the equation of the position surface described by equation (1) in this coordinate system has the form

Figure 00000042
Figure 00000042

где

Figure 00000043
Where
Figure 00000043

Поскольку плоскость Ω совпадает с плоскостью x''Ez'', то уравнение гиперболы, являющейся линией пересечения плоскости Ω и поверхности положения, описываемой уравнением (9), получается путем приравнивания у''=0 и имеет вид (см. фиг.9)Since the plane Ω coincides with the plane x``Ez '', the hyperbola equation, which is the intersection line of the plane Ω and the position surface described by equation (9), is obtained by equating y '' = 0 and has the form (see Fig. 9)

Figure 00000044
Figure 00000044

Преобразуя уравнение (10), получимTransforming equation (10), we obtain

Figure 00000045
Figure 00000045

где

Figure 00000046
Where
Figure 00000046

Figure 00000047
Figure 00000047

Figure 00000048
Figure 00000048

m=a12l2+b22x02cos2γ-l2x02;m = a 1 2 l 2 + b 2 2x 0 2 cos 2 γ-l 2 x 0 2 ;

x''0=-b12x0cosγ/l2.x '' 0 = -b 1 2 x 0 cosγ / l 2 .

Поскольку гипербола, описываемая каноническим уравнением видаSince the hyperbola described by the canonical equation of the form

Figure 00000049
Figure 00000049

асимптотически стремится к прямой (асимптоте) [8], описываемой уравнениемasymptotically tends to the line (asymptote) [8] described by the equation

Figure 00000050
Figure 00000050

следовательно, за угол места ИРИ можно принять угол наклона асимптоты гиперболы в плоскости х''Ez'' (см. фиг.10), значение которого вычисляется по формулеtherefore, for the elevation angle of the IRI, we can take the angle of inclination of the asymptote of the hyperbola in the x``Ez '' plane (see Fig. 10), the value of which is calculated by the formula

Figure 00000051
Figure 00000051

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

Таким образом, предлагаемый способ пеленгования, по сравнению с прототипом, обеспечивает возможность определения угла места ИРИ.Thus, the proposed method of direction finding, in comparison with the prototype, provides the ability to determine the elevation angle of the IRI.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

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

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

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

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

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

6. Клименко Н.Н., Клименко С.В. Современное состояние теории и практики радиоинтерферометрии // Зарубежная радиоэлектроника, 1990, N1. - С.3-14.6. Klimenko N.N., Klimenko S.V. The current state of the theory and practice of radio interferometry // Foreign Radio Electronics, 1990, N1. - S.3-14.

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

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

9. Wuu Chenn, Pearson Allan E. On time deley estimation involving received signals // IEEE Trans. Acount., Speech, and Signal Process., 1984, 32, N4, C.828-835.9. Wuu Chenn, Pearson Allan E. On time deley estimation involving received signals // IEEE Trans. Acount., Speech, and Signal Process., 1984, 32, N4, C.828-835.

10. Радиопеленгационная система, использующая круглую антенную решетку. Пат. 4633257, США.10. Radio direction finding system using a circular antenna array. Pat. 4633257, USA.

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

12. Активная радиоинтерференционная система. Пат. 57-51632, Япония.12. Active radio interference system. Pat. 57-51632, Japan.

13. Интерферометр. Пат. 290308, ГДР.13. Interferometer. Pat. 290308, GDR.

14. Способ и аппаратура для пеленгации и частотной идентификации. Пат. 4443801, США.14. Method and apparatus for direction finding and frequency identification. Pat. 4443801, USA.

15. Одноточечная система определения местоположения. Пат. 4819053, США.15. Single point location system. Pat. 4819053, USA.

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

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

18. Радиопеленгатор. Пат. 57-51910, Япония.18. Radio direction finder. Pat. 57-51910, Japan.

19. Пеленгование источника радиоизлучений с помощью адаптивной антенной решетки. Пат. 4862180, США.19. Direction finding of a source of radio emissions using an adaptive antenna array. Pat. 4862180, USA.

20. Сайбель А.Г. РДМ способ пеленгования ИРИ и реализующее его устройство. Патент РФ №2258242 от 31.05.2005.20. Saibel A.G. RDM method of direction finding IRI and its device. RF patent No. 2258242 dated 05/31/2005.

Claims (1)

Способ пеленгования источника радиоизлучения (ИРИ), основанный на приеме его сигнала тремя антеннами, измерении разности времен приема сигнала ИРИ антеннами, образующими две измерительные базы, вычислении значений разностей дальностей от ИРИ до антенн, образующих измерительные базы, вычислении значения угла азимута ИРИ, вычислении значений координат точки, принадлежащей линии положения ИРИ, и отображении полученных результатов, отличающийся тем, что вычисляют значение угла места ИРИ с использованием выраженияThe method of direction finding of a source of radio emission (IRI), based on the reception of its signal by three antennas, measuring the difference in the time of reception of the signal by the antennas forming two measuring bases, calculating the difference values of the distances from the IRI to the antennas forming the measuring bases, calculating the value of the azimuth angle of the IRI, calculating the values the coordinates of the point belonging to the line of position of the IRI, and displaying the results, characterized in that they calculate the value of the elevation angle of the IRI using the expression
Figure 00000052
Figure 00000052
где
Figure 00000053
α1=ΔrАВ/2,
Figure 00000054
Figure 00000055
γ - значение угла азимута ИРИ, ΔrAB - разность расстояний от точки расположения ИРИ до точек А и В расположения соответствующих антенн.
Where
Figure 00000053
α 1 = Δr AB / 2,
Figure 00000054
Figure 00000055
γ is the value of the azimuth angle of the IRI, Δr AB is the difference between the distances from the location of the IRI to points A and B of the location of the corresponding antennas.
RU2006122641/09A 2006-06-23 2006-06-23 Differential-range technique of locating radio-frequency radiation source RU2325666C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006122641/09A RU2325666C2 (en) 2006-06-23 2006-06-23 Differential-range technique of locating radio-frequency radiation source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006122641/09A RU2325666C2 (en) 2006-06-23 2006-06-23 Differential-range technique of locating radio-frequency radiation source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006122641A RU2006122641A (en) 2008-01-20
RU2325666C2 true RU2325666C2 (en) 2008-05-27

Family

ID=39107902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006122641/09A RU2325666C2 (en) 2006-06-23 2006-06-23 Differential-range technique of locating radio-frequency radiation source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2325666C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2503969C1 (en) * 2012-05-03 2014-01-10 Закрытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Спец-Радио" (ЗАО НПП "Спец-Радио") Triangulation-hyperbolic method to determine coordinates of radio air objects in space
RU2671825C1 (en) * 2017-11-20 2018-11-07 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Центр обработки данных информационных технологий" One-position correlation multiplicative difference-relative method for determining coordinates of radio frequency emissions sources
RU2715422C1 (en) * 2019-05-20 2020-02-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Method of determining coordinates of a radio emission source in three-dimensional space by a dynamic radio monitoring system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2503969C1 (en) * 2012-05-03 2014-01-10 Закрытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Спец-Радио" (ЗАО НПП "Спец-Радио") Triangulation-hyperbolic method to determine coordinates of radio air objects in space
RU2671825C1 (en) * 2017-11-20 2018-11-07 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Центр обработки данных информационных технологий" One-position correlation multiplicative difference-relative method for determining coordinates of radio frequency emissions sources
RU2715422C1 (en) * 2019-05-20 2020-02-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Method of determining coordinates of a radio emission source in three-dimensional space by a dynamic radio monitoring system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006122641A (en) 2008-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2258242C2 (en) Method and device for difference-range finding direction finding of radio emission source
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
RU2682661C1 (en) Method of active review single-pulse radiolocation with an inverse synthesis of antenna aperture
US3691560A (en) Method and apparatus for geometrical determination
RU2670142C1 (en) Differential-range method of determining coordinates of radio-frequency sources and apparatus realizing said method
Li et al. Dilution of precision in positioning systems using both angle of arrival and time of arrival measurements
RU2325666C2 (en) Differential-range technique of locating radio-frequency radiation source
RU2714502C1 (en) Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal antenna system
CN110471029B (en) Single-station passive positioning method and device based on extended Kalman filtering
Sun et al. Array geometry calibration for underwater compact arrays
RU2275649C2 (en) Method and passive radar for determination of location of radio-frequency radiation sources
RU2569843C1 (en) Method of forming three-dimensional image of earth&#39;s surface in on-board doppler radar station with linear antenna array
RU2644580C1 (en) Method of radio-frequency source position determination using aircraft
RU2638177C1 (en) Method for determining source of radio emissions coordinate from aircraft
US6583755B2 (en) Method and apparatus for locating a terrestrial transmitter from a satellite
RU2204145C2 (en) Difference-range finding method of taking bearing to radio emission source and device for its realization
RU2667115C1 (en) Method of positioning object with azimuth cutting from first measuring point and angle of site with the range - from second
RU2677586C1 (en) Method of positioning the object of the crossing distance and angle of the site from the first measuring item and the angle of the site - with the second
Li et al. A novel single satellite passive location method based on one-dimensional cosine angle and doppler rate of changing
RU2624467C2 (en) Method of determining height of two-dimensional radar station target
RU2758979C1 (en) Method for automatic measurement of antenna direction diagram parameters in the far zone by flight method using uav
RU2686113C1 (en) Method of amplitude two-dimensional direction-finding
Fateev et al. Phase ambiguity resolution in the GLONASS/GPS navigation equipment, equipped with antenna arrays
RU2787952C1 (en) Method for determining radio signal arrival direction
CN111965602A (en) Method and system for detecting amplitude-phase consistency of phased array radar

Legal Events

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

Effective date: 20080624