RU2427000C1 - Method and device to locate radio radiation sources - Google Patents
Method and device to locate radio radiation sources Download PDFInfo
- Publication number
- RU2427000C1 RU2427000C1 RU2009146632/09A RU2009146632A RU2427000C1 RU 2427000 C1 RU2427000 C1 RU 2427000C1 RU 2009146632/09 A RU2009146632/09 A RU 2009146632/09A RU 2009146632 A RU2009146632 A RU 2009146632A RU 2427000 C1 RU2427000 C1 RU 2427000C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- group
- information
- inputs
- outputs
- unit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Заявляемые изобретения объединены одним изобретательским замыслом, относятся к радиотехнике и могут быть использованы в системах радиоконтроля на ограниченных площадях для определения местоположения априорно неизвестных источников радиоизлучения (ИРИ) и визуального уточнения результатов измерений.The claimed inventions are united by one inventive concept, relate to radio engineering and can be used in radio monitoring systems in limited areas to determine the location of a priori unknown sources of radio emission (IRI) and to visually clarify the measurement results.
Известен способ отождествления пеленгов источников радиоизлучения в угломерных двухпозиционных пассивных радиолокационных системах (см. пат. РФ №2253126, МПК G01S 3/72, опубл. 27.05.2005 г.). Он заключается в том, что на основе измеренных в каждой из двух приемных позиций значений пространственных параметров сигналов ИРИ: азимута θ и угла места β, а также собственных координат приемных позиций находят высоту ИРИ по отношению к каждой из приемных позиций. Затем находят разность этих высот. На основе дисперсий ошибок определения угла места β на ИРИ в каждой из приемных позиций определяют значение порога отождествления. По результатам сравнения упомянутой разности высот с порогом отождествления принимают решение о принадлежности пеленгов, измеренных разными приемными позициями, одному ИРИ.A known method for identifying bearings of radio emission sources in goniometric on-off passive radar systems (see US Pat. RF No. 2253126, IPC
Способ-аналог позволяет с заданной точностью отождествлять пеленги θ на ИРИ, полученные от двух и более пространственно разнесенных измерителей, используя для этой цели значения β. Однако способу присущ ряд недостатков. Аналог теряет свою работоспособность при выполнении измерений на равнинной местности (параметр β на ИРИ, размещенные на поверхности земли, становится неинформативным, β=const; β=0°). Способу присуще аппаратная избыточность. Для определения местоположения ИРИ на пересеченной местности требуется два и более измерителей. Кроме того, при отсутствии априорной информации о ИРИ затруднена его привязка к обслуживаемому им объекту.The analogue method allows, with a given accuracy, to identify bearings θ on IRI obtained from two or more spatially separated meters, using the values of β for this purpose. However, the method has a number of disadvantages. The analogue loses its efficiency when performing measurements on flat terrain (the parameter β on the IRI located on the surface of the earth becomes uninformative, β = const; β = 0 °). The method is characterized by hardware redundancy. To determine the location of Iran on rough terrain, two or more meters are required. In addition, in the absence of a priori information about the IRI, it is difficult to bind it to the object it serves.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ определения местоположения ИРИ (см. Baron A. R. et al. - Microwave J., 1982, v.25, №9). Он включает прием сигналов ИРИ в заданной полосе частот ΔF размещенным ортогонально к плоскости зоны контроля пеленгатором, измерение пространственно-информационных параметров обнаруженных сигналов: азимута θi и угла места βi в системе координат антенной системы в момент времени ti, определение удаления ИРИ от пеленгатора di и координат ИРИ {X0,Y0,Z0} в системе декартовых координат на основе априорно известного местоположения пеленгатора {B,H,L}, где В, L и Н - соответственно широта, долгота и высота пеленгатора, преобразование декартовых координат ИРИ в географические координаты {B0,H0,L0}i.Closest to the technical nature of the claimed method is a method for determining the location of the IRI (see Baron AR et al. - Microwave J., 1982, v.25, No. 9). It includes the reception of IRI signals in a given frequency band ΔF placed orthogonally to the plane of the direction finding zone, measuring the spatial information parameters of the detected signals: azimuth θ i and elevation angle β i in the coordinate system of the antenna system at time t i , determining the distance from the direction finder d i and IRI coordinates {X 0 , Y 0 , Z 0 } in the Cartesian coordinate system based on the a priori known location of the direction finder {B, H, L}, where B, L and H are the latitude, longitude and height of the direction finder, respectively, the Cartesian transformation to rdinat IRI into geographical coordinates {B 0, H 0, L 0} i.
Способ-прототип позволяет определять местоположение ИРИ из одной точки и одновременно отличается простотой реализации.The prototype method allows you to determine the location of the IRI from one point and at the same time is easy to implement.
Недостатком прототипа является относительно низкая точность местоопределения. Этот недостаток обусловлен тем, что точность измерений в способе-прототипе в угломестной плоскости β существенно зависит от удаления пеленгатора, находящегося ортогонально к плоскости зоны контроля (см. фиг.1а, б). Для первого случая (см. фиг.1а) точность измерения β зависит от высоты Н размещения пеленгатора. Во втором случае (см. фиг.1б) точность измерения β определяется параметрами зоны контроля в вертикальной плоскости (например, высотой контролируемого здания).The disadvantage of the prototype is the relatively low accuracy of positioning. This disadvantage is due to the fact that the accuracy of the measurements in the prototype method in the elevation plane β substantially depends on the removal of the direction finder located orthogonally to the plane of the control zone (see figa, b). For the first case (see figa), the measurement accuracy β depends on the height H of the location of the direction finder. In the second case (see fig.1b), the accuracy of the measurement β is determined by the parameters of the control zone in a vertical plane (for example, the height of the controlled building).
Известен цифровой пеленгатор по Пат. РФ №2115135, МПК 6 G01S 3/14, опубл. 7.10.1998 г., содержащий антенную систему, трехканальное приемное устройство, блок дискретного преобразования Фурье, аналого-цифровой преобразователь, три буферных накопителя, блок весовой обработки, блок вычисления пеленгов, блок опорных частот, блок управления, блок формирования ковариационной матрицы, блок матричной обработки и формирования весовых коэффициентов.Known digital direction finder Pat. RF №2115135, IPC 6 G01S 3/14, publ. 10.10.1998, containing an antenna system, a three-channel receiving device, a discrete Fourier transform unit, an analog-to-digital converter, three buffer drives, a weight processing unit, a bearing calculation unit, a reference frequency unit, a control unit, a covariance matrix forming unit, a matrix unit processing and forming weights.
В пеленгаторе повышение точности измерений достигается за счет выделения максимума составляющей спектра сигнала. Положительный эффект стал возможным в результате использования временного усреднения ковариационных матриц и применением метода Писаренко.In the direction finder, increasing the accuracy of measurements is achieved by highlighting the maximum component of the signal spectrum. A positive effect became possible as a result of the use of time averaging of covariance matrices and the application of the Pisarenko method.
Недостатком аналога является низкая точность измерений в сложной сигнально-помеховой обстановке.The disadvantage of the analogue is the low accuracy of measurements in a complex signal-noise environment.
Известен многоканальный пеленгатор по Пат. РФ №2096793, G01S 3/14, опубл. 1997. Аналог содержит антенную решетку, коммутатор, двухканальные: приемник, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье, запоминающее устройство, вычислитель сверток, а также вычислитель пеленга и генератор синхроимпульсов.Known multi-channel direction finder according to Pat. RF №2096793,
К недостаткам данного аналога можно отнести нузкую точность измерений при сканировании в широком диапазоне частот и отсутствие возможности измерения наклона фронта волны (угла места β).The disadvantages of this analogue include the narrow measurement accuracy during scanning in a wide frequency range and the inability to measure the slope of the wave front (elevation angle β).
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому устройству определения местоположения ИРИ является устройство по пат. РФ №2263327 "Способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор для его осуществления", G01S 3/14, опубл. 27.10.2005 г., бюл. №30.The closest in its technical essence to the claimed device for determining the location of the IRI is the device according to US Pat. RF №2263327 "Method of direction finding of radio signals and direction finder for its implementation",
Устройство-прототип содержит антенную решетку, выполненную из N>3 идентичных ненаправленных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования, антенный коммутатор, N входов которого подключены к соответствующим N выходам антенной решетки, сигнальный и опорный выходы коммутатора подключены соответственно к сигнальному и опорному входам двухканального приемника, выполненного по схеме с общими гетеродинами, аналого-цифровой преобразователь, выполненный двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, причем сигнальный и опорный выходы промежуточной частоты двухканального приемника соединены соответственно с сигнальным и опорным входами аналого-цифрового преобразователя, блок преобразования Фурье, выполненный двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, сигнальный и опорный входы которого соединены соответственно с сигнальным и опорным выходами аналого-цифрового преобразователя, первое и второе запоминающие устройства, блок вычитания, блок формирования эталонных значений первичных пространственно-информационных параметров (ППИП), блок вычисления ППИП, первый информационный вход которого соединен с сигнальным выходом блока преобразования Фурье, а второй информационный вход - с опорным выходом блока преобразования Фурье, группа информационных выходов блока вычисления соединена с группой информационных входов первого запоминающего устройства, группа информационных выходов которого соединена с группой входов вычитаемого блока вычитания, группа входов уменьшаемого которого соединена с информационными выходами второго запоминающего устройства, информационные входы которого соединены с информационными выходами блока формирования эталонных значений ППИП, группа информационных входов которого является входной установочной шиной пеленгатора, последовательно соединенные умножитель, сумматор, третье запоминающее устройство, блок определения азимута и угла места, причем первая и вторая группа информационных входов умножителя поразрядно объединены и соединены с группой информационных выходов блока вычитания, генератор синхроимпульсов, выход которого соединен с управляющим входом антенного коммутатора, входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, первого, второго и третьего запоминающих устройств, блока вычитания, умножителя, сумматора, блока определения азимута и угла места, блока формирования эталонных значений ППИП и блока вычисления ППИП, а первая и вторая группы информационных выходов блока определения азимута и угла места являются первой и второй выходными шинами устройства.The prototype device contains an antenna array made of N> 3 identical non-directional antenna elements located in the direction-finding plane, an antenna switch, N inputs of which are connected to the corresponding N outputs of the antenna array, the signal and reference outputs of the switch are connected respectively to the signal and reference inputs of a two-channel receiver made according to the scheme with common local oscillators, an analog-to-digital converter made two-channel, respectively, with signal and reference channels, and the signal the ln and reference outputs of the intermediate frequency of the two-channel receiver are connected respectively to the signal and reference inputs of the analog-to-digital converter, the Fourier transform unit, made two-channel, respectively, with the signal and reference channels, the signal and reference inputs of which are connected respectively to the signal and reference outputs of the analog-to-digital converter, first and second storage devices, a subtraction unit, a unit for generating reference values of primary spatial information parameters ditch (PPIP), PPIP calculation unit, the first information input of which is connected to the signal output of the Fourier transform unit, and the second information input is connected to the reference output of the Fourier transform unit, the group of information outputs of the calculation unit is connected to the group of information inputs of the first storage device, the group of information outputs which is connected to the group of inputs of the subtracted subtraction block, the group of inputs of which is reduced which is connected to the information outputs of the second storage device, inform the input inputs of which are connected to the information outputs of the PPIP reference values generating unit, the group of information inputs of which is the input mounting bus of the direction finder, a multiplier, an adder, a third storage device, an azimuth and elevation determination unit, and the first and second group of information inputs of the multiplier are bitwise combined and connected to the group of information outputs of the subtraction unit, a clock generator, the output of which is connected to the control input switch, synchronization inputs of an analog-to-digital converter, Fourier transform unit, first, second and third storage devices, a subtraction unit, a multiplier, an adder, an azimuth and elevation determination unit, a PPIP reference value generating unit and a PPIP calculation unit, and the first and second groups of information outputs of the azimuth and elevation determining unit are the first and second output buses of the device.
Устройство-прототип также обладает относительно невысокой точностью измерения местоположения ИРИ в сложной сигнально-помеховой обстановке и условиях пересеченной местности (в условиях городской застройки).The prototype device also has relatively low accuracy of measuring the location of the IRI in a complex signal-jamming environment and rough terrain (in urban areas).
Целью заявляемых технических решений является разработка способа и устройства, обеспечивающих повышение точности определения местоположения источников радиоизлучения за счет визуального уточнения места расположения ИРИ.The aim of the claimed technical solutions is to develop a method and device that provides increased accuracy in determining the location of sources of radio emission due to visual clarification of the location of the IRI.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем прием сигналов ИРИ в заданной полосе частот ΔF пеленгатором, размещенным ортогонально к плоскости зоны контроля, измерение пространственно-информационных параметров обнаруженных сигналов: азимута θi и угла места βi в системе координат антенной системы в момент времени ti, на подготовительном этапе однонаправленно ориентируют антенную систему пеленгатора {θП,βП} и видеокамеру {θk,βk} в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно. Далее преобразуют исходные угловые параметры антенной системы пеленгатора {θП,βП} с целью приведения их в соответствие исходным угловым параметрам видеокамеры. Для этого угловые параметры ориентации антенной системы пеленгатора θП и βП преобразуют в декартову систему координат {XП,YП,ZП}. Вектором {Xc,Yc,Zc} в декартовых координатах учитывают смещение центров координат антенной системы пеленгатора и видеокамеры при этом видеокамеру размещают над антенной решеткой антенной системы или в ее центре. Вектором углов поворота учитывают взаимные углы соответствующих осей координат. После этого определяют уточненный вектор углов поворота путем последовательного умножения вектора [ХП-Xc,YП-Yc,ZП-Zс]T на соответствующие углам Эйлера матрицы поворота. Определяют скорректированную исходную ориентацию антенной системы пеленгатора через значения ее азимута θПО и угол места βПО путем перевода уточненного вектора углов поворота {R',P',Т'} в сферическую систему координат. С учетом значений θПО и βПО по измеренным угловым параметрам θi и βi уточняют значения , и в соответствии с ними перестраивают видеокамеру. Отожествляют параметры местоположения ИРИ с изображением ИРИ объекта, считанными с видеокамеры. Запоминают время измерений ti, пространственные и частотные параметры сигналов ИРИ совместно с изображением объекта. Заносят результаты измерений в базу данных.This goal is achieved by the fact that in the known method, including the reception of IRI signals in a given frequency band ΔF with a direction finder located orthogonally to the plane of the control zone, measuring the spatial information parameters of the detected signals: azimuth θ i and elevation angle β i in the coordinate system of the antenna system in moment of time t i , at the preparatory stage, the direction finder antenna system {θ P , β P } and the video camera {θ k , β k } are unidirectionally oriented in the azimuthal and elevation planes, respectively. Next, the initial angular parameters of the antenna system of the direction finder {θ P , β P } are transformed in order to bring them into line with the original angular parameters of the video camera. For this, the angular orientation parameters of the antenna system of the direction finder θ P and β P are transformed into a Cartesian coordinate system {X P , Y P , Z P }. The vector {X c , Y c , Z c } in Cartesian coordinates takes into account the displacement of the coordinate centers of the antenna system of the direction finder and the video camera, while the video camera is placed above the antenna array of the antenna system or in its center. The angles of rotation vector take into account the mutual angles of the corresponding coordinate axes. After that, the specified vector of rotation angles is determined by successively multiplying the vector [X P -X c , Y P -Y c , Z P -Z s ] T by the corresponding rotation Euler angles. The adjusted initial orientation of the antenna system of the direction finder is determined through its azimuth θ PO and elevation angle β PO by translating the updated vector of rotation angles {R ', P', T '} into a spherical coordinate system. Given the values of θ PO and β PO according to the measured angular parameters θ i and β i specify the values , and in accordance with them rebuild the camcorder. Identify the location parameters of the IRI with the image of the IRI of the object read from the video camera. Remember the measurement time t i , spatial and frequency parameters of the IRI signals together with the image of the object. Enter the measurement results in the database.
Благодаря новой совокупности признаков в заявляемом способе обеспечивается повышение точности определения местоположения ИРИ, обнаруженных в контролируемой зоне, за счет получения их изображений, что и обеспечивает положительный эффект.Thanks to the new combination of features in the inventive method, it is possible to increase the accuracy of determining the location of IRI detected in the controlled area by acquiring their images, which ensures a positive effect.
В заявляемом устройстве определения местоположения ИРИ поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, состоящее из антенной решетки, выполненной из N>3 идентичных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования, антенного коммутатора, N входов которого подключены к соответствующим N выходам антенной решетки, а сигнальный и опорный выходы коммутатора подключены соответственно к сигнальному и опорному входам двухканального приемника, выполненного по схеме с общими гетеродинами, аналого-цифрового преобразователя, выполненного двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, причем сигнальный и опорный выходы промежуточной частоты двухканального приемника соединены соответственно с сигнальным и опорным входами аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, выполненного двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, сигнальный и опорный входы которого соединены соответственно с сигнальным и опорным выходами аналого-цифрового преобразователя, первого и второго запоминающих устройств, первого блока вычитания, блока формирования эталонных значений первичных пространственно-информационных параметров (ППИП), блока вычисления ППИП, первый информационный вход которого соединен с сигнальным выходом блока преобразования Фурье, а второй информационный вход - с опорным выходом блока преобразования Фурье, группа информационных выходов блока вычисления ППИП соединена с группой информационных входов первого запоминающего устройства, группа информационных выходов которого соединена с группой входов вычитаемого первого блока вычитания, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов второго запоминающего устройства, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока формирования эталонных значений ППИП, группа информационных входов которого является первой входной установочной шиной устройства определения местоположения ИРИ, последовательно соединенных первого умножителя, первого сумматора, третьего запоминающего устройства, блока определения азимута и угла места, причем первая и вторая группы информационных входов первого умножителя объединены поразрядно и соединены с группой информационных выходов первого блока вычитания, генератора синхроимпульсов, выход которого соединен с управляющими входами антенного коммутатора, первого, второго и третьего запоминающих устройств, входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, первого блока вычитания, первого умножителя, первого сумматора, блока определения азимута и угла места, блока формирования эталонных значений ППИП и блока вычисления ППИП, согласно изобретению дополнительно введены блок коррекции, предназначенный для преобразования угловых параметров антенной системы устройства определения местоположения ИРИ {θП,βП}, второй и третий сумматоры, блок управления видеокамерой, видеокамера, размещенная над антенной решеткой или в ее центре, блок управления и индикации, предназначенный для отображения обнаруженного ИРИ и формирование сигнала управления на его запись, и четвертое запоминающее устройство, причем первая и вторая группы информационных выходов блока определения азимута и угла места соединены соответственно с первыми и вторыми группами информационных входов четвертого запоминающего устройства и блока коррекции. Третья и четвертая группы информационных входов блока коррекции являются соответственно второй и третьей входными установочными шинами устройства определения местоположения ИРИ. Вход синхронизации блока коррекции соединен с выходом генератора синхроимпульсов, а первая группа информационных выходов соединена со второй группой информационных входов второго сумматора. Первая группа информационных входов второго сумматора объединена с первой группой информационных входов блока коррекции, а группа информационных выходов второго сумматора соединена с первой группой информационных входов блока управления видеокамерой. Вторая группа информационных входов блока управления камерой соединена с группой информационных выходов третьего сумматора, первая группа информационных входов которого объединена со второй группой информационных входов блока коррекции. Вторая группа информационных выходов блока коррекции соединена со второй группой информационных входов третьего сумматора. Вход синхронизации третьего сумматора объединен со входами синхронизации второго сумматора и блока коррекции. Группа информационных выходов блока управления камерой соединена с группой входов управления видеокамеры, видеовыход которой соединен с третьей группой информационных входов четвертого запоминающего устройства и группой информационных входов блока управления и индикации. Группа информационных выходов блока управления и индикации соединена с группой адресных входов четвертого запоминающего устройства, пятая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов двухканального приемника, по которым поступает значение его частоты. Следует отметить, что в антенной решетке устройства определения местоположения ИРИ используют направленные антенные элементы.In the inventive device for determining the location of the IRI, the goal is achieved by the fact that in the known device consisting of an antenna array made of N> 3 identical antenna elements located in the direction-finding plane, an antenna switch, N inputs of which are connected to the corresponding N outputs of the antenna array, and the signal and reference outputs of the switch are connected respectively to the signal and reference inputs of a two-channel receiver, made according to the scheme with common local oscillators, analog-to-digital convert For a channel made with two channels, respectively, with signal and reference channels, the signal and reference outputs of the intermediate frequency of a two-channel receiver connected to the signal and reference inputs of an analog-to-digital converter, a Fourier transform unit, made with two channels, respectively, with a signal and reference channels, whose signal and reference inputs connected respectively to the signal and reference outputs of the analog-to-digital converter, the first and second storage devices, the first a subtraction unit, a unit for generating reference values of primary spatial information parameters (PPIP), a PPIP calculation unit, the first information input of which is connected to the signal output of the Fourier transform unit, and the second information input - with the reference output of the Fourier transform unit, the group of information outputs of the PPIP calculation unit connected to the group of information inputs of the first storage device, the group of information outputs of which is connected to the group of inputs of the subtracted first block of the subtraction a group of inputs of which is reduced which is connected to a group of information outputs of a second storage device, a group of information inputs of which is connected to a group of information outputs of a block for generating reference values of PPIP, a group of information inputs of which is the first input installation bus of a device for determining the location of IRI, connected in series with the first multiplier an adder, a third storage device, a unit for determining the azimuth and elevation, the first and second g the information inputs of the first multiplier are combined bitwise and connected to the group of information outputs of the first subtraction unit, a clock generator, the output of which is connected to the control inputs of the antenna switch, the first, second and third storage devices, synchronization inputs of the analog-to-digital converter, Fourier transform unit, the first block subtraction, the first multiplier, the first adder, the block for determining the azimuth and elevation, the block for the formation of the reference values PPIP and block calculation PPIP, according to the invention, a correction unit is also introduced for converting the angular parameters of the antenna system of the IRI location device {θ П , β П }, second and third adders, a video camera control unit, a video camera located above or in the center of the antenna array, unit control and indication, designed to display the detected IRI and the formation of a control signal to record it, and a fourth storage device, the first and second groups of information outputs of the block EFINITIONS azimuth and elevation angle respectively connected to first and second groups of information inputs of the fourth memory device and the correction unit. The third and fourth groups of information inputs of the correction unit are, respectively, the second and third input installation buses of the device for determining the location of the IRI. The synchronization input of the correction unit is connected to the output of the clock generator, and the first group of information outputs is connected to the second group of information inputs of the second adder. The first group of information inputs of the second adder is combined with the first group of information inputs of the correction unit, and the group of information outputs of the second adder is connected to the first group of information inputs of the control unit of the video camera. The second group of information inputs of the camera control unit is connected to the group of information outputs of the third adder, the first group of information inputs of which is combined with the second group of information inputs of the correction unit. The second group of information outputs of the correction unit is connected to the second group of information inputs of the third adder. The synchronization input of the third adder is combined with the synchronization inputs of the second adder and the correction unit. The group of information outputs of the camera control unit is connected to the group of control inputs of the video camera, the video output of which is connected to the third group of information inputs of the fourth storage device and the group of information inputs of the control and display unit. The group of information outputs of the control and indication unit is connected to the group of address inputs of the fourth storage device, the fifth group of information inputs of which are connected to the group of information outputs of the two-channel receiver, through which its frequency value is supplied. It should be noted that in the antenna array of the device for determining the location of the IRI use directional antenna elements.
При этом блок коррекции выполнен содержащим первый и второй блоки вычисления cos-функции, первый и второй блоки вычисления sin-функции, второй, третий, четвертый и пятый умножители, второй, третий и четвертый блоки вычитания, пятое и шестое запоминающие устройства, вычислитель, предназначенный для определения уточненного вектора углов поворота, первый и второй делители, четвертый сумматор, блок вычисления квадратного корня, первый и второй блоки вычисления arctg-функции, причем группы информационных входов второго блока вычисления cos-функции и второго блока вычисления sin-функции поразрядно объединены и являются второй группой информационных входов блока коррекции. Группа информационных выходов второго блока вычисления cos-функции объединена с первой группой информационных входов третьего умножителя и второй группой информационных входов второго умножителя. Первая группа информационных входов второго умножителя соединена с группой информационных выходов первого блока вычисления cos-функции, группа информационных входов которого поразрядно объединена с группой информационных входов первого блока вычисления sin-функции и одновременно является первой группой информационных входов блока коррекции. Группа информационных выходов второго умножителя соединена с группой входов уменьшаемого второго блока вычитания, группа входов вычитаемого которого соединена с первой группой информационных выходов пятого запоминающего устройства. Группа информационных входов пятого запоминающего устройства является третьей группой информационных входов блока коррекции и второй входной установочной шиной устройства определения местоположения ИРИ. Вторая группа информационных выходов пятого запоминающего устройства соединена с группой входов вычитаемого третьего блока вычитания, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов третьего умножителя. Вторая группа информационных входов третьего умножителя соединена с группой информационных выходов первого блока вычисления sin-функции. Третья группа информационных выходов пятого запоминающего устройства соединена с группой вычитаемого четвертого блока вычитания, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов второго блока вычисления sin-функции. Группа информационных выходов четвертого блока вычитания соединена с третьей группой информационных входов вычислителя. Вторая группа информационных входов вычислителя соединена с группой информационных выходов третьего блока вычитания. Первая группа информационных входов вычислителя соединена с группой информационных выходов второго блока вычитания, а четвертая группа информационных входов вычислителя соединена с группой информационных выходов шестого запоминающего устройства. При этом группа информационных входов шестого запоминающего устройства является четвертой группой информационных входов блока коррекции и третьей входной установочной шиной устройства определения местоположения ИРИ. Первая группа информационных выходов вычислителя поразрядно соединена с первой и второй группами информационных входов четвертого умножителя и второй группой информационных входов первого делителя. Группа информационных выходов первого делителя соединена с группой информационных входов второго блока вычисления arctg-функции. Группа информационных выходов второго блока вычисления arctg-функции является второй группой информационных выходов блока коррекции. При этом первая группа информационных входов первого делителя поразрядно соединена со второй группой информационных выходов вычислителя и первой и второй группами информационных входов пятого умножителя. Группа информационных выходов пятого умножителя соединена со второй группой информационных входов четвертого сумматора. Первая группа информационных входов четвертого сумматора соединена с группой информационных выходов четвертого умножителя, а группа информационных выходов соединена с группой информационных входов блока вычисления квадратного корня. При этом группа информационных выходов блока вычисления квадратного корня соединена со второй группой информационных входов второго делителя. Первая группа информационных входов второго делителя соединена с третьей группой информационных выходов вычислителя, а группа информационных выходов соединена с группой информационных входов первого блока вычисления arctg-функции. Группа информационных выходов первого блока вычисления arctg-функции является первой группой информационных выходов блока коррекции. Вход синхронизации блока коррекции соединен со входами синхронизации второго, третьего, четвертого и пятого умножителей, второго, третьего и четвертого блоков вычитания, вычислителя, первого и второго делителей, четвертого сумматора, блока вычисления квадратного корня, первого и второго блоков вычисления arctg-функции и входами управления пятого и шестого запоминающих устройств.In this case, the correction unit is made up of the first and second cos-function calculation blocks, the first and second sin-function calculation blocks, the second, third, fourth and fifth multipliers, the second, third and fourth subtraction blocks, the fifth and sixth storage devices, and a computer for for determining the specified vector of rotation angles, the first and second dividers, the fourth adder, the square root calculation unit, the first and second arctg-function calculation units, moreover, the information input groups of the second cos-function calculation unit second calculation unit sin-bitwise functions are combined and a second group of information inputs correction block. The group of information outputs of the second cos-function calculation unit is combined with the first group of information inputs of the third multiplier and the second group of information inputs of the second multiplier. The first group of information inputs of the second multiplier is connected to the group of information outputs of the first cos-function calculation unit, the group of information inputs of which is bitwise combined with the group of information inputs of the first sin-function calculation unit and is simultaneously the first group of information inputs of the correction unit. The group of information outputs of the second multiplier is connected to the group of inputs of the reduced second subtraction unit, the group of inputs of the subtracted which is connected to the first group of information outputs of the fifth storage device. The group of information inputs of the fifth storage device is the third group of information inputs of the correction unit and the second input installation bus of the device for determining the location of the IRI. The second group of information outputs of the fifth storage device is connected to the group of inputs of the subtracted third subtraction unit, the group of inputs of which is reduced is connected to the group of information outputs of the third multiplier. The second group of information inputs of the third multiplier is connected to the group of information outputs of the first sin-function calculation unit. The third group of information outputs of the fifth storage device is connected to the group of the subtracted fourth subtraction block, the group of inputs of which is reduced is connected to the group of information outputs of the second block of the sin-function calculation. The group of information outputs of the fourth subtraction block is connected to the third group of information inputs of the calculator. The second group of information inputs of the calculator is connected to the group of information outputs of the third subtraction block. The first group of information inputs of the calculator is connected to the group of information outputs of the second subtraction unit, and the fourth group of information inputs of the calculator is connected to the group of information outputs of the sixth storage device. The group of information inputs of the sixth storage device is the fourth group of information inputs of the correction unit and the third input installation bus of the device for determining the location of the IRI. The first group of information outputs of the calculator is bitwise connected to the first and second groups of information inputs of the fourth multiplier and the second group of information inputs of the first divider. The group of information outputs of the first divider is connected to the group of information inputs of the second block of calculation of the arctg function. The group of information outputs of the second block of calculation of the arctg-function is the second group of information outputs of the block of correction. Moreover, the first group of information inputs of the first divider is bitwise connected to the second group of information outputs of the computer and the first and second groups of information inputs of the fifth multiplier. The group of information outputs of the fifth multiplier is connected to the second group of information inputs of the fourth adder. The first group of information inputs of the fourth adder is connected to the group of information outputs of the fourth multiplier, and the group of information outputs is connected to the group of information inputs of the square root calculation unit. In this case, the group of information outputs of the square root calculation unit is connected to the second group of information inputs of the second divider. The first group of information inputs of the second divider is connected to the third group of information outputs of the calculator, and the group of information outputs is connected to the group of information inputs of the first block of calculation of the arctg-function. The group of information outputs of the first arctg function calculation unit is the first group of information outputs of the correction unit. The synchronization input of the correction block is connected to the synchronization inputs of the second, third, fourth and fifth multipliers, the second, third and fourth subtraction blocks, a calculator, the first and second dividers, the fourth adder, the square root calculation block, the first and second arctg-function calculation blocks, and the inputs control of the fifth and sixth storage devices.
Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что вводятся новые элементы и связи позволяет достичь цели изобретения: обеспечить повышение точности определения местоположения ИРИ, размещенных в зоне контроля.The listed new set of essential features due to the fact that new elements and connections are introduced allows to achieve the purpose of the invention: to increase the accuracy of determining the location of Iran located in the control zone.
Заявляемые объекты поясняются чертежами, на которых показаны: на фиг.1 - варианты размещения антенной системы устройства определения местоположения ИРИ:The inventive objects are illustrated by drawings, which show: in Fig.1 - placement options of the antenna system of the device for determining the location of the IRI:
а) над зоной контроля;a) over the control zone;
б) на земле;b) on the earth;
на фиг.2 - варианты возможного совместного размещения антенной решетки и видеокамеры:figure 2 - options for possible joint placement of the antenna array and video camera:
а) видеокамера над антенной решеткой;a) a video camera above the antenna array;
б) видеокамера в центре антенной решетки;b) a video camera in the center of the antenna array;
на фиг.3 - обобщенный алгоритм определения местоположения ИРИ;figure 3 is a generalized algorithm for determining the location of the IRI;
на фиг.4 - структурная схема устройства определения местоположения ИРИ;figure 4 is a structural diagram of a device for determining the location of the IRI;
на фиг.5 - структурная схема блока коррекции;figure 5 is a structural diagram of a correction block;
на фиг.6 - алгоритм вычисления эталонных значений первичных пространственно-информационных параметров;figure 6 - algorithm for calculating the reference values of the primary spatial information parameters;
на фиг.7 - алгоритм определения скорректированной исходной ориентации антенной системы пеленгатора.Fig.7 is an algorithm for determining the adjusted initial orientation of the antenna system of the direction finder.
Существующие способы и системы местоопределения предназначены для определения координат ИРИ. Однако точностные характеристики известных способов существенно зависят от соотношения сигнал/шум, геометрии размещения измерителей, полноты использования параметров электромагнитного поля, количества этапов обработки пространственно-информационных параметров и т.д. Эффективность названных подходов в различных ситуациях отличается друг от друга и, как правило, низка. В предлагаемых способе и устройстве для решения названной проблемы используют видеоизображение ИРИ, полученное в результате наведения на него видеокамеры. Наведение последней осуществляют с использованием пространственных параметров сигналов ИРИ {θi,βi}. В результате становится возможным уточнение результатов местоопределения путем анализа видеоизображения выделенного камерой локального участка контролируемой зоны (визуально точно определяется местоположение обнаруженного ИРИ). Применимость предлагаемых способа и устройства ограничиваются локальной зоной (в пределах прямой видимости).Existing methods and systems for positioning are designed to determine the coordinates of the IRI. However, the accuracy characteristics of the known methods substantially depend on the signal-to-noise ratio, meter placement geometry, completeness of using electromagnetic field parameters, the number of processing steps for spatial information parameters, etc. The effectiveness of these approaches in different situations differs from each other and, as a rule, is low. In the proposed method and device for solving the aforementioned problem, an IRI video image obtained by pointing a video camera at it is used. The guidance of the latter is carried out using the spatial parameters of the IRI signals {θ i , β i }. As a result, it becomes possible to refine the location results by analyzing the video image of the local area of the controlled area highlighted by the camera (the location of the detected IRI is visually accurately determined). The applicability of the proposed method and device is limited to the local zone (within line of sight).
Совместному использованию пеленгатора и видеокамеры присуща проблема, связанная с необходимостью их однонаправленной ориентации. На фиг.2а приведен наиболее общий случай размещения видеокамеры вне плоскости антенной решетки. Несовпадение центров антенной решетки и видеокамеры, а также погрешности в их взаимной ориентации приводят к ошибкам настройки камеры и как следствие к ошибкам визуального показа местоположения ИРИ и обслуживаемого им объекта. Эти ошибки существенно возрастают в ближней зоне. Названные проблемы еще более усугубляются при раздельном размещении (пространственно разнесенном) антенной системы пеленгатора и видеокамеры. Практические испытания показали, что названная проблема решается в рамках заявляемых способа и устройства.The joint use of direction finder and video camera is inherent in the problem associated with the need for their unidirectional orientation. On figa shows the most common case of placing the camera outside the plane of the antenna array. The mismatch between the centers of the antenna array and the video camera, as well as errors in their mutual orientation, lead to camera setup errors and, as a result, errors in the visual display of the location of the IRI and the object it serves. These errors increase significantly in the near field. The aforementioned problems are further exacerbated by the separate placement (spatially spaced) of the antenna system of the direction finder and the video camera. Practical tests showed that the named problem is solved within the framework of the claimed method and device.
Сущность заявляемого способа определения местоположения ИРИ состоит в следующем. На подготовительном этапе однонаправлено ориентируют антенную решетку пеленгатора и видеокамеру. С этой целью в заданной полосе частот ΔF осуществляют калибровку изделия с помощью тестирующего генератора, который целесообразно разместить в центре зоны контроля. Для этого плоскость антенной решетки выставляют таким образом, чтобы угол θП составлял 0°. Далее измеряют угол места βП для пеленгаторной антенны и запоминают его. После этого ориентируют видеокамеру на данной ИРИ. Значения θk и βk запоминают, а положение камеры относительно плоскости антенной решетки фиксируют.The essence of the proposed method for determining the location of the IRI is as follows. At the preparatory stage, the direction finder antenna and video camera are unidirectionally oriented. To this end, in a given frequency band ΔF, the product is calibrated using a testing generator, which is advisable to place in the center of the control zone. For this, the plane of the antenna array is set so that the angle θ P is 0 °. Next, measure the elevation angle β P for the direction-finding antenna and remember it. After that, orient the video camera on the given IRI. The values of θ k and β k are remembered, and the position of the camera relative to the plane of the antenna array is fixed.
В связи с тем, что центры системы координат камеры и антенной решетки не совпадают (общий случай, фиг.2а), следовательно и ориентация осей их пространственных координат также не совпадает. Поэтому необходимо преобразование исходных угловых параметров антенной системы пеленгатора {θП,βП} с целью приведения их в соответствие исходным угловым параметрам видеокамеры. Данную операцию удобно выполнять в декартовых координатах. С этой целью преобразуют угловые параметры ориентации антенной решетки пеленгатора {θП,βП} в декартовы координаты {XП,YП,ZП} следующим образом:Due to the fact that the centers of the coordinate system of the camera and the antenna array do not coincide (general case, figa), therefore, the orientation of the axes of their spatial coordinates also does not coincide. Therefore, it is necessary to transform the initial angular parameters of the antenna system of the direction finder {θ P , β P } in order to bring them into line with the original angular parameters of the video camera. This operation is conveniently performed in Cartesian coordinates. To this end, the angular orientation parameters of the antenna array of the direction finder {θ P , β P } are converted into Cartesian coordinates {X P , Y P , Z P } as follows:
, ,
С помощью вектора [Xс,YC,ZC] в декартовых координатах учитывают смещение центра антенной решетки пеленгатора относительно центра видеокамеры. В случае размещения видеокамеры в центре антенной системы (см. фиг.2б) вектор смещения [Xc,Yc,Zc] совпадает с вектором угловой ориентации антенной решетки пеленгатора {XП,YП,ZП}. Порядок вычисления взаимных углов осей координат антенной решетки пеленгатора {XП,YП,ZП} и видеокамеры {XK,YK,ZK} известен и задается вектором углов поворота {R,P,T}. Здесь R - угол между координатными осями ОХП и ОХК антенной решетки пеленгатора и видеокамеры, Р - угол между координатными осями OYП и OYK, Т - угол между осями OZП и OZK (см. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. - М.: Наука, 1981, стр.234-237, рис.2.78). Наличие априорной информации о высоте Н размещения антенной решетки пеленгатора и удалении тестирующего генератора, а также значение вектора {Xс,Yс,Zс} позволяет рассчитать элементы вектора {R,P,T}.Using the vector [X c , Y C , Z C ] in Cartesian coordinates, the center of the antenna array of the direction finder relative to the center of the camera is taken into account. In the case of placing the camera in the center of the antenna system (see fig.2b), the displacement vector [X c , Y c , Z c ] coincides with the angular orientation vector of the direction finder antenna {X P , Y P , Z P }. The procedure for calculating the mutual angles of the coordinate axes of the antenna array of the direction finder {X P , Y P , Z P } and the camera {X K , Y K , Z K } is known and is given by the rotation angle vector {R, P, T}. Here R is the angle between the coordinate axes OX P and OX K of the antenna array of the direction finder and the video camera, P is the angle between the coordinate axes OY P and OY K , T is the angle between the axes OZ P and OZ K (see the Mathematics Manual for engineers and students Technical colleges, Bronstein I.N., Semendyaev K.A. - M .: Nauka, 1981, pp. 234-237, Fig. 2.78). The presence of a priori information about the height H of the placement of the antenna array of the direction finder and the removal of the testing generator, as well as the value of the vector {X c , Y c , Z c } allows us to calculate the elements of the vector {R, P, T}.
На следующем этапе определяют уточненный вектор углов поворота {R',P',T'} путем последовательного умножения вектора [ХП-Xc,YП-Yc,ZП-Zс,}T на соответствующие углам Эйлера матрицы поворота:At the next stage, the updated vector of rotation angles {R ', P', T '} is determined by sequentially multiplying the vector [X P -X c , Y P -Y c , Z P -Z s ,} T by the corresponding rotation Euler angles:
На завершающем этапе определяют скорректированную исходную ориентацию антенной системы пеленгатора через значения ее азимута θПО и угол места βПО путем перевода уточненного вектора углов поворота {R',P',T'} в сферическую систему координатAt the final stage, the adjusted initial orientation of the antenna system of the direction finder is determined through its azimuth θ PO and elevation angle β PO by translating the updated vector of rotation angles {R ', P', T '} into a spherical coordinate system
. .
Подготовительный этап завершается заданием рабочего сектора для пеленгатора: θmin, θmax, βmin, βmax (см. фиг.1а, б).The preparatory phase ends with the task of the working sector for the direction finder: θ min , θ max , β min , β max (see figa, b).
В процессе работы взаимная ориентация антенной решетки и камеры сохраняется неизменной. При этом ориентация собственно антенной решетки в пространстве (относительно направления на север) значения не имеет. В начальный период работы целесообразно, чтобы она своей плоскостью была сориентирована в направлении центра зоны контроля. В процессе работы направление ориентации антенной решетки может уточняться в соответствии с решаемыми задачами. Это справедливо для случая, когда антенная решетка и видеокамера жестко взаимно закреплены. В противном случае для каждого поворота антенной системы необходимо выполнение операции калибровки.In the process, the mutual orientation of the antenna array and the camera remains unchanged. In this case, the orientation of the antenna array itself in space (relative to the north direction) does not matter. In the initial period of work, it is advisable that it is oriented with its plane in the direction of the center of the control zone. In the process, the direction of orientation of the antenna array can be refined in accordance with the tasks to be solved. This is true for the case when the antenna array and the camcorder are rigidly mutually fixed. Otherwise, for each rotation of the antenna system, a calibration operation is necessary.
При обнаружении сигналов ИРИ измеряют их пространственные параметры θi и βi. При попадании их в заданный сектор, полученные значения параметров уточняются . По уточненным значениям и перестраивают видеокамеру.When detecting IRI signals, their spatial parameters θ i and β i are measured. When they fall into a given sector, the obtained parameter values are specified . According to the adjusted values and rebuild the camcorder.
На завершающем этапе уточняют местоположение ИРИ на местности по результатам его изображения, считанным с видеокамеры. Запоминают время измерений ti, пространственные и частотные параметры сигналов ИРИ совместно с изображением объекта.At the final stage, the location of the IRI on the terrain is specified according to the results of its image read from the video camera. Remember the measurement time t i , spatial and frequency parameters of the IRI signals together with the image of the object.
При значительном удалении (сотни длин волн) зоны контроля от пеленгатора или удалении собственно ИРИ в зоне контроля абсолютное значение вектора {ХП-Xc,YП-Yc,ZП-Zс,}T в выражении (2) стремится к нулю, а следовательно , . В этом случае после выполнения операции коррекции можно считать, что θП=θК, βП=βК, что значительно упрощает рассмотренный алгоритм.When the control zone is significantly removed (hundreds of wavelengths) from the direction finder or if the IRI itself is removed in the control zone, the absolute value of the vector {X P -X c , Y P -Y c , Z P -Z s ,} T in expression (2) tends to zero, and therefore , . In this case, after performing the correction operation, we can assume that θ P = θ K , β P = β K , which greatly simplifies the considered algorithm.
На фиг.3 приведен обобщенный алгоритм определения местоположения ИРИ в соответствии с заявляемым способом.Figure 3 shows a generalized algorithm for determining the location of the IRI in accordance with the claimed method.
Таким образом, в предлагаемом способе определения местоположения ИРИ для повышения точности измерений используют его видеоизображение, а для повышении точности наведения видеокамеры учитывают отличия в пространственной ориентации антенной решетки пеленгатора и видеокамеры.Thus, in the proposed method for determining the location of the IRI, its video image is used to increase the accuracy of measurements, and to increase the accuracy of pointing the video camera, the differences in the spatial orientation of the antenna array of the direction finder and the video camera are taken into account.
Устройство определения местоположения ИРИ содержит антенную решетку 5, выполненную из N>3 идентичных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования, антенного коммутатора 6, N входов которого подключены к соответствующим ТУ выходам антенной решетки 5, а сигнальный и опорный выходы коммутатора 6 подключены соответственно к сигнальному и опорному входам двухканального приемника 7, выполненного по схеме с общими гетеродинами, аналого-цифрового преобразователя 8, выполненного двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, причем сигнальный и опорный выходы промежуточной частоты двухканального приемника 7 соединены соответственно с сигнальным и опорным входами аналого-цифрового преобразователя 8, блок преобразования Фурье 9, выполненный двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, сигнальный и опорный входы которого соединены соответственно с сигнальным и опорным выходами аналого-цифрового преобразователя 8, первое 11 и второе 2 запоминающие устройства, блок вычитания 12, блок формирования эталонных значений ПИПП 3, первый блока вычисления ППИП 10, первый информационный вход которого соединен с сигнальным выходом блока преобразования Фурье 9, а второй информационный вход - с опорным выходом блока преобразования Фурье 9, группа информационных выходов блока вычисления ППИП 10 соединена с группой информационных входов первого запоминающего устройства 11, группа информационных выходов которого соединена с группой входов вычитаемого первого блока вычитания 12, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов второго запоминающего устройства 2, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока формирования эталонных значений ППИП 3, группа информационных входов которого является первой входной установочной шиной 4 устройства определения местоположения ИРИ, последовательно соединенные первый умножитель 13, первый сумматор 14, третье запоминающее устройство 15, блок определения азимута и угла места 16, причем первая и вторая группа информационных входов первого умножителя 13 объединены поразрядно и соединены с группой информационных выходов первого блока вычитания 12, генератор синхроимпульсов 1, выход которого соединен с управляющими входами антенного коммутатора 6, первого 11, второго 2 и третьего 15 запоминающих устройств, входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя 8, блока преобразования Фурье 9, первого 11, второго 2 и третьего 15 запоминающих устройств, блока вычитания 12, умножителя 13, сумматора 14, блока определения азимута и угла места 16, блока формирования эталонных значений ППИП 3 и блока вычисления ППИП 10.The device for determining the location of the IRI contains an antenna array 5 made of N> 3 identical antenna elements located in the direction-finding plane of the antenna switch 6, N inputs of which are connected to the corresponding TU outputs of the antenna array 5, and the signal and reference outputs of the switch 6 are connected respectively to the signal and the reference inputs of the two-channel receiver 7, made according to the scheme with common local oscillators, analog-to-digital Converter 8, made two-channel, respectively, with the signal and reference to analogs, and the signal and reference outputs of the intermediate frequency of the two-channel receiver 7 are connected respectively to the signal and reference inputs of the analog-to-digital converter 8, the Fourier transform unit 9, made two-channel, respectively, with the signal and reference channels, the signal and reference inputs of which are connected respectively to the signal and reference the outputs of the analog-to-digital Converter 8, the first 11 and second 2 storage devices, a subtraction unit 12, a unit for generating reference values PIPP 3, the first block in calculating PPIP 10, the first information input of which is connected to the signal output of the Fourier transform unit 9, and the second information input is connected to the reference output of the Fourier transform unit 9, the group of information outputs of the calculation unit PPIP 10 is connected to the group of information inputs of the first storage device 11, the group of information outputs which is connected to the group of inputs of the subtracted first subtraction unit 12, the group of inputs of which is reduced which is connected to the group of information outputs of the second storage device TWA 2, the group of information inputs of which is connected to the group of information outputs of the PPIP reference values generating unit 3, the group of information inputs of which is the first input installation bus 4 of the IRI location device, the first multiplier 13, the first adder 14, the third storage device 15, the block are connected in series determining the azimuth and elevation angle 16, the first and second group of information inputs of the first multiplier 13 are combined bitwise and connected to the group of information outputs the ode of the first subtraction unit 12, the clock generator 1, the output of which is connected to the control inputs of the antenna switch 6, the first 11, second 2 and third 15 storage devices, the synchronization inputs of the analog-to-digital converter 8, the Fourier transform unit 9, the first 11, the second 2 and third 15 storage devices, a subtraction unit 12, a multiplier 13, an adder 14, a block for determining the azimuth and elevation angle 16, a block for generating reference values of PPIP 3 and a block for calculating PPIP 10.
Для повышения точности определения местоположения ИРИ дополнительно введены блок коррекции 22, предназначенный для преобразования угловых параметров антенной системы устройства определения местоположения ИРИ {θП, βП}, второй и третий сумматоры 17 и 18 соответственно, блок управления видеокамерой 19, видеокамера 20, размещенная над антенной решеткой 5 или в ее центре, блок управления и индикации 25, предназначенный для отображения обнаруженного ИРИ и формирование сигнала управления на его запись, и четвертое запоминающее устройство 21, причем первая и вторая группы информационных выходов блока определения азимута и угла места 16 соединены соответственно с первыми и вторыми группами информационных входов четвертого запоминающего устройства 21 и блока коррекции 22. Третья и четвертая группы информационных входов блока коррекции 22 являются соответственно второй 23 и третьей 24 входными установочными шинами устройства определения местоположения ИРИ. Вход синхронизации блока коррекции 22 соединен с выходом генератора синхроимпульсов 1, а первая группа информационных выходов соединена со второй группой информационных входов второго сумматора 17. Первая группа информационных входов второго сумматора 17 объединена с первой группой информационных входов блока коррекции 22, а группа информационных выходов второго сумматора 17 соединена с первой группой информационных входов блока управления видеокамерой 19. Вторая группа информационных входов блока управления видеокамерой 19 соединена с группой информационных выходов третьего сумматора 18, первая группа информационных входов которого объединена со второй группой информационных входов блока коррекции 22. Вторая группа информационных выходов блока коррекции 22 соединена со второй группой информационных входов третьего сумматора 18. Вход синхронизации третьего сумматора 18 объединен со входами синхронизации второго сумматора 17 и блока коррекции 22. Группа информационных выходов блока управления видеокамерой 19 соединена с группой входов управления видеокамеры 20, видеовыход которой соединен с третьей группой информационных входов четвертого запоминающего устройства 21 и группой информационных входов блока управления и индикации 25. Группа информационных выходов блока управления и индикации 25 соединена с группой адресных входов четвертого запоминающего устройства 21, пятая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов двухканального приемника 7, по которым поступает значение его частоты. Следует отметить, что в антенной решетке 5 устройства определения местоположения ИРИ используют направленные антенные элементы.To increase the accuracy of determining the location of the IRI, a
При этом блок коррекции 22 выполнен содержащим первый 26 и второй 31 блоки вычисления cos-функции соответственно, первый 41 и второй 42 блоки вычисления sin-функции соответственно, второй 27, третий 32, четвертый 35 и пятый 36 умножители соответственно, второй 28, третий 33 и четвертый 43 блоки вычитания соответственно, пятое 29 и шестое 44 запоминающие устройства соответственно, вычислитель 34, предназначенный для определения уточненного вектора углов поворота, первый 30 и второй 39 делители соответственно, четвертый сумматор 37, блок вычисления квадратного корня 38, первый 40 и второй 45 блоки вычисления arctg-функции, причем группы информационных входов второго блока вычисления cos-функции 31 и второго блока вычисления sin-функции 42 поразрядно объединены и являются второй группой информационных входов блока коррекции 22. Группа информационных выходов второго блока вычисления cos-функции 31 объединена с первой группой информационных входов третьего умножителя 32 и второй группой информационных входов второго умножителя 27. Первая группа информационных входов второго умножителя 27 соединена с группой информационных выходов первого блока вычисления cos-функции 26, группа информационных входов которого поразрядно объединена с группой информационных входов первого блока вычисления sin-функции 41 и одновременно является первой группой информационных входов блока коррекции 22. Группа информационных выходов второго умножителя 27 соединена с группой входов уменьшаемого второго блока вычитания 28, группа входов вычитаемого которого соединена с первой группой информационных выходов пятого запоминающего устройства 29. Группа информационных входов пятого запоминающего устройства 29 является третьей группой информационных входов блока коррекции 22 и второй входной установочной шиной 23 устройства определения местоположения ИРИ. Вторая группа информационных выходов пятого запоминающего устройства 29 соединена с группой входов вычитаемого третьего блока вычитания 33, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов третьего умножителя 32. Вторая группа информационных входов третьего умножителя 32 соединена с группой информационных выходов первого блока вычисления sin-функции 41. Третья группа информационных выходов пятого запоминающего устройства 29 соединена с группой вычитаемого четвертого блока вычитания 43, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов второго блока вычисления sin-функции 42. Группа информационных выходов четвертого блока вычитания 43 соединена с третьей группой информационных входов вычислителя 34. Вторая группа информационных входов вычислителя 34 соединена с группой информационных выходов третьего блока вычитания 33. Первая группа информационных входов вычислителя 34 соединена с группой информационных выходов второго блока вычитания 28, а четвертая группа информационных входов вычислителя 34 соединена с группой информационных выходов шестого запоминающего устройства 44. При этом группа информационных входов шестого запоминающего устройства 44 является четвертой группой информационных входов блока коррекции 22 и третьей входной установочной шиной 24 устройства определения местоположения ИРИ. Первая группа информационных выходов вычислителя 34 поразрядно соединена с первой и второй группами информационных входов четвертого умножителя 35 и второй группой информационных входов первого делителя 30. Группа информационных выходов первого делителя 30 соединена с группой информационных входов второго блока вычисления arctg-функции 45, группа информационных выходов которого является второй группой информационных выходов блока коррекции 22. При этом первая группа информационных входов первого делителя 30 поразрядно соединена со второй группой информационных выходов вычислителя 34 и первой и второй группами информационных входов пятого умножителя 36. Группа информационных выходов пятого умножителя 36 соединена со второй группой информационных входов четвертого сумматора 37. Первая группа информационных входов четвертого сумматора 37 соединена с группой информационных выходов четвертого умножителя 35, а группа информационных выходов соединена с группой информационных входов блока вычисления квадратного корня 38. При этом группа информационных выходов блока вычисления квадратного корня 38 соединена с второй группой информационных входов второго делителя 39. Первая группа информационных входов второго делителя 39 соединена с третьей группой информационных выходов вычислителя 34, а группа информационных выходов соединена с группой информационных входов первого блока вычисления arctg-функции 40. Группа информационных выходов блока 40 является первой группой информационных выходов блока коррекции 22. Вход синхронизации блока коррекции 22 соединен со входами синхронизации второго 27, третьего 32, четвертого 35 и пятого 36 умножителей соответственно, второго 28, третьего 33 и четвертого 43 блоков вычитания соответственно, вычислителя 34, первого 30 и второго 39 делителей соответственно, четвертого сумматора 37, блока вычисления квадратного корня 38, первого 40 и второго 45 блоков вычисления arctg-функции, входами управления пятого 29 и шестого 44 запоминающих устройств соответственно.Moreover, the
Устройство определения местоположения ИРИ работает следующим образом (см. фиг.4 и 5). В общем виде заявляемое устройство представляет собой фазовый интерферометр (блоки 1-16), дополненный блоками 22, 17 и 18, преобразующими исходные угловые параметры антенной системы пеленгатора {θП,βП) с целью приведения их в соответствие исходным угловым параметрам видеокамеры {θК,βК}. Кроме того, в состав устройства входят видеокамера 20, запоминающее устройство 21 и блок управления и индикации 25.The device for determining the location of the IRI works as follows (see figure 4 and 5). In general terms, the claimed device is a phase interferometer (blocks 1-16), supplemented by
Работа фазового интерферометра (блоки 1-16) аналогична устройству-прототипу (см. Пат. РФ №2263327, G01S 3/14 опубл. 27.10.2005 г. бюл. №30). На подготовительном этапе выполняют следующие операции. Измеряют взаимные расстояния между антенными элементами Al,h решетки 5 при их размещении на плоскости. Результаты измерений по шине 4 (см. фиг.4) поступают на вход блока формирования эталонных значений ППИП 3. Весь заданный диапазон частот ΔF делят на поддиапазоны, размеры которых Δf определяются минимальной шириной пропускания приемных трактов 7. Поддиапазоны, количество которых V=ΔF/Δf, нумеруют v=1, 2, …, V. Рассчитывают средние частоты всех поддиапазонов по формуле fv=Δ/(2v-1)/2. Рассчитывают эталонные значения ППИП (блок 3) для средних частот всех поддиапазонов fv. В качестве ППИП используют значения разностей фаз сигналов Δφl,h(fv) для всех возможных парных комбинаций антенных элементов в рамках антенной решетки 5.The operation of the phase interferometer (blocks 1-16) is similar to the prototype device (see Pat. RF No. 2263327,
Выбор Δφl,h(fv) в качестве ППИП основан на следующем. Одним из наиболее перспективных направлений развития измерителей пространственных параметров является использование интерферометрических пеленгаторов (см. Клименко Н.Н. Современное состояние теории и практики радиоинтерферометрии // Зарубежная радиоэлектроника, №1, 1990, с.3-14). Интерферометры существуют двух типов: фазовые и корреляционные. В материалах Пат. US №4728959 "Радиопеленгационная система", МПК G01S 5/04, опубл. 8.08.1986 г. отмечается, что в сильно пересеченной местности и городских условиях в меньшей степени подлежат искажению фазовые параметры сигнала. Кроме того, в книге Torrieri D.J.Principles of military communications system. Dedham. Massachusetts. Artech House, inc., 1981. - 298 p. отмечается, что "потенциальные возможности оценки угла прихода сигнала путем сравнения фазы выше, чем у корреляционного интерферометра, если оцениваемый сигнал узкополосен и имеет малую нестабильность несущей частоты".The choice of Δφ l, h (f v ) as the PPIP is based on the following. One of the most promising directions for the development of spatial parameter meters is the use of interferometric direction finders (see Klimenko N.N. Current status of the theory and practice of radio interferometry // Foreign Radio Electronics, No. 1, 1990, pp. 3-14). Interferometers exist of two types: phase and correlation. In the materials Pat. US No. 4728959 "Radio direction finding system", IPC G01S 5/04, publ. 08/08/1986, it is noted that in severely rugged terrain and urban conditions, the phase parameters of the signal are less subject to distortion. Also in the book Torrieri DJPrinciples of military communications system. Dedham. Massachusetts. Artech House, inc., 1981. - 298 p. It is noted that "the potential for estimating the angle of arrival of a signal by comparing the phase is higher than that of a correlation interferometer if the evaluated signal is narrow-band and has low carrier frequency instability."
В процессе расчета эталонных ППИП в блоке 3 моделируют размещение эталонного источника поочередно вокруг АС измерителя с дискретностью Δθ и Δβ на удалении нескольких длин волн. В блоке 3 по известному алгоритму (см. пат. РФ №2283505, G01S 13/46, опубл. 24.05.2004 г., бюл. №30) вычисляют значение разностей фаз Δφl,h,эт(fv), которые в дальнейшем хранятся во втором запоминающем устройстве 2 (см. фиг.4).In the process of calculating the reference PPIP in
Кроме того, на подготовительном этапе однонаправлено ориентируют антенную решетку пеленгатора 5 и камеру 20. С этой целью осуществляют калибровку устройства с помощью тестирующего генератора, размещенного в зоне контроля. Для этого плоскость антенной решетки 5 ориентируют таким образом, чтобы угол θП составлял 0°. Далее измеряют угол места βП и запоминают его. После этого на тестирующий генератор ориентируют видеокамеру 20. Значения углов θК и βК запоминают, а положение камеры относительно плоскости антенной решетки фиксируют.In addition, at the preparatory stage, the antenna array of the direction finder 5 and the camera 20 are unidirectionally oriented. For this purpose, the device is calibrated using a testing generator located in the control zone. For this, the plane of the antenna array 5 is oriented so that the angle θ P is 0 °. Next, measure the elevation angle β P and remember it. After that, the video camera 20 is oriented to the test generator. The values of the angles θ K and β K are stored, and the camera position relative to the plane of the antenna array is fixed.
Пространственное различие центров координат антенной решетки 5 интерферометра и видеокамеры 20 (фиг.2а) влечет за собой и отличие в ориентации осей их пространственных координат. Поэтому на подготовительном этапе необходимо преобразование исходных угловых параметров антенной решетки 5 {θП,βП} с целью их приведения в соответствие исходным угловым параметрам видеокамеры 20. Данная операция в соответствии с выражениями 1-3 выполняется с помощью блока коррекции 22. На первой и второй группах информационных выходов блока 22 формируют значения углов θПО и βПО, используемых далее в процессе работе устройства в качестве поправок при настройке видеокамеры 20.The spatial difference in the coordinate centers of the antenna array 5 of the interferometer and the video camera 20 (Fig. 2a) entails a difference in the orientation of the axes of their spatial coordinates. Therefore, at the preparatory stage, it is necessary to transform the initial angular parameters of the antenna array 5 {θ P , β P } in order to bring them into line with the original angular parameters of the video camera 20. This operation, in accordance with expressions 1-3, is performed using the
Подготовительный этап завершается заданием рабочего сектора для пеленгатора (блоки 1-16): θmin, βmax, βmin, βmax. Данные значения по шине 4 поступают в блок формирования эталонных значений ППИП (см. фиг.4).The preparatory phase ends with the task of the working sector for the direction finder (blocks 1-16): θ min , β max , β min , β max . These values on the bus 4 are received in the block forming the reference values PPIP (see figure 4).
В процессе работы устройства с помощью блоков 5-16 осуществляют поиск и обнаружение сигналов ИРИ в заданной полосе частот ΔF. Принимаемые решеткой 5 сигналы на частоте fv поступают на соответствующие входы антенного коммутатора 6. В задачу последнего входит обеспечение синхронного подключения в едином промежутке времени любых пар антенных элементов к опорному и сигнальному выходам. В результате последовательно во времени на оба сигнальных входа двухканального приемника 7 поступают сигналы со всех возможных пар антенных элементов (АЭ) решетки 5. При этом все антенные элементы периодически выступают как в качестве сигнальных, так и в качестве опорных (при условии использования полнодоступного коммутатора 6). Этим достигается максимальный набор статистики о пространственных параметрах электромагнитного поля.In the process of operation of the device using blocks 5-16, they search for and detect IRI signals in a given frequency band ΔF. The signals received by the grating 5 at a frequency f v are supplied to the corresponding inputs of the
Сигналы, поступившие на входы приемника 7, усиливают, фильтруют и переносят на промежуточную частоту, например 10,7 МГц. Одновременно определяют значение частоты сигнала fv путем пересчета номера используемого поддиапазона v и его ширины Δf. С опорного и сигнального выходов промежуточной частоты блока 7 сигналы поступают на соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 8, где синхронно преобразуют в цифровую форму. Полученные цифровые отсчеты сигналов антенных элементов Аl и Ah в блоке 8 перемножают на цифровые отсчеты двух гармонических сигналов одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга на π/2. В результате в блоке 8 формируют четыре последовательности отсчетов (квадратурные составляющие отсчетов от двух АЭ Аl и Ah). Для реализации необходимой импульсной характеристики цифровых фильтров в АЦП 8 выполняют операцию перемножения отсчетов каждой квадратурной составляющей сигнала на соответствующие отсчеты временного окна. Порядок выполнения этих операций подробно рассмотрен в пат. РФ №2263328 и пат. РФ №2283505.The signals received at the inputs of the receiver 7, amplify, filter and transfer to an intermediate frequency, for example 10.7 MHz. At the same time, the value of the signal frequency f v is determined by recalculating the number of the used subband v and its width Δf. From the reference and signal outputs of the intermediate frequency of block 7, the signals are fed to the corresponding inputs of the analog-to-digital converter (ADC) 8, where they are synchronously converted to digital form. The obtained digital samples of the signals of the antenna elements A l and A h in block 8 are multiplied by digital samples of two harmonic signals of the same frequency, shifted relative to each other by π / 2. As a result, in block 8, four sequences of samples are formed (quadrature components of the samples from two AEs A l and A h ). To implement the necessary impulse response of digital filters in the ADC 8, the operation of multiplying the samples of each quadrature component of the signal by the corresponding samples of the time window is performed. The order of these operations is described in detail in US Pat. RF №2263328 and US Pat. RF №2283505.
На завершающем этапе в блоке 8 формируют две комплексные последовательности отсчетов путем попарного объединения соответствующих отсчетов скорректированных последовательностей, которые поступают на входы блока преобразования Фурье 9.At the final stage, in block 8, two complex sequences of samples are formed by pairwise combining the corresponding samples of the corrected sequences, which are fed to the inputs of the Fourier transform unit 9.
В результате выполнения в блоке 9 операции в соответствии с выражением получают две преобразованные последовательности, характеризующие спектры сигналов, принимаемых в АЭ Аl и Ah, а следовательно, и их фазовые характеристики. Однако этого недостаточно для измерения Δφl,h(fv) в парах АЭ Аl и Ah. Последнее предполагает вычисление функции взаимной корреляции сигналов в соответствии с выражениемAs a result of execution in block 9 of the operation in accordance with the expression get two converted sequences characterizing the spectra of the signals received in the AE A l and A h , and therefore their phase characteristics. However, this is not enough to measure Δφ l, h (f v ) in AE pairs A l and A h . The latter involves the calculation of the cross-correlation function of the signals in accordance with the expression
где l, h=1, 2, …, N, l≠h - номер АЭ. На его основе определяют Δφl,h(fv) какwhere l, h = 1, 2, ..., N, l ≠ h is the AE number. Based on it, Δφ l, h (f v ) is determined as
Эти функции выполняются блоком вычисления ППИП 10. В предлагаемом устройстве измеренное значение Δφl,h(fv) очередным импульсом генератора 1 записывают в первое запоминающее устройство 11. Данная операция повторяется до тех пор, пока не будут записаны в блок 11 значения ППИП для всех возможных сочетаний пар АЭ. Выполнение этой операции соответствует формированию массива измеренных ППИП Δφl,h,изм(fv).These functions are performed by the PPIP calculation unit 10. In the proposed device, the measured value Δφ l, h (f v ) is written by the next pulse of the
Основное назначение блоков 12, 13, 14, 15, 16 и 2, 3 состоит в том, чтобы оценить степень отличия измеренных параметров Δφl,h,изм(fv) от эталонных значений Δφl,h,эт(fv), рассчитанных для всех направлений прихода сигнала Δθk и Δβc, и всех fv The main purpose of
По аналогии с прототипом данная операция осуществляется следующим образом. Эталонные значения Δφl,h,эт(fv), хранящиеся в запоминающем устройстве 2, поступают на вход уменьшаемого блока вычитания 12 (см. фиг.4). На вход вычитаемого блока 12 поступают измеренные значения Δφl,h,изм(fv) с выхода блока 11. Операция вычитания осуществляется в строгом соответствии с порядком формирования пар АЭ.By analogy with the prototype, this operation is as follows. The reference values Δφ l, h, et (f v ) stored in the
На следующем этапе полученные разности возводят в квадрат в блоке 13. Данная операция необходима для того, чтобы все результаты операции вычитания имели положительное значение. В противном случае могла возникнуть бы ситуация, когда сумма положительных и отрицательных разностей компенсировали друг друга. Для возведения в квадрат каждый результат вычислений умножают на себя в блоке 13. Полученные квадраты разностей складывают в сумматоре 14 и записываются в третье запоминающее устройство 15. В результате в блоке 15 формируют массив данных Нθ,β(fv), на основе которого получают пространственные параметры θi и βi в системе координат АС. Эта операция осуществляется блоком 16 путем поиска минимальной суммы minθ,β(fv) в массиве данных Hθ,β(fv).In the next step, the differences obtained are squared in block 13. This operation is necessary so that all the results of the subtraction operation have a positive value. Otherwise, a situation could arise when the sum of positive and negative differences compensated each other. For squaring, each calculation result is multiplied by itself in block 13. The resulting squares of the differences are added to the adder 14 and written to the third storage device 15. As a result, in block 15, a data array H θ, β (f v ) is formed, based on which spatial parameters θ i and β i in the AS coordinate system. This operation is performed by block 16 by searching for the minimum sum min θ, β (f v ) in the data array H θ, β (f v ).
Значения θi и βi поступают на первые группы информационныхThe values of θ i and β i go to the first groups of information
входов второго 17 и третьего 18 сумматоров соответственно. После этого содержимое первого 11 и третьего 15 запоминающих устройств обнуляют и начинают новый цикл измерения пространственных параметров θi+1 и βi+1. На вторые группы информационных входов сумматоров 17 и 18 подаются значения θПО и βПО соответственно с первой и второй группы выходов блока коррекции 22. В результате на выходах блоков 17 и 18 формируют уточненные значения угловых параметров ИРИ и , которые поступают на соответствующие группы информационных входов блока управления камерой 19. В задачу последнего входит преобразование сигналов и в управляющее напряжение, обеспечивающее соответствующее изменение ориентации видеокамеры 20.the inputs of the second 17 and third 18 adders, respectively. After that, the contents of the first 11 and third 15 storage devices are zeroed and a new cycle of measuring spatial parameters θ i + 1 and β i + 1 begins. The second groups of information inputs of adders 17 and 18 are supplied with the values θ software and β software respectively from the first and second group of outputs of the
После настройки видеокамеры 20 на поступившее управляющее воздействие с блока 19 изображение объекта поступает на третью группу информационных входов четвертого запоминающего устройства 21 и группу информационных входов блока управления и индикации 25. В задачу последнего входит анализ полученного изображения объекта и формирование команды на его запись в блоке 21. Анализ изображения объекта может осуществляться как оператором, так и автоматически. Анализ изображения предполагает определение ценности (информативности) полученных результатов, уточнение местоположения наблюдаемого объекта, например, человека с ИРИ в группе людей и т.д. По результатам анализа принимают решение о фиксировании (записи) полученных результатов в четвертом запоминающем устройстве 21.After setting the video camera 20 to the received control action from block 19, the image of the object is sent to the third group of information inputs of the fourth storage device 21 and the group of information inputs of the control and display unit 25. The task of the latter is to analyze the received image of the object and generate a command to record it in block 21 Analysis of the image of an object can be carried out both by the operator and automatically. Image analysis involves determining the value (information content) of the results obtained, clarifying the location of the observed object, for example, a person with IRI in a group of people, etc. According to the results of the analysis, a decision is made on fixing (recording) the results obtained in the fourth storage device 21.
В случае принятия положительного решения блок 25 формирует управляющий сигнал, который поступает на группу адресных входов блока 21. В качестве управляющего воздействия передается информация о времени ti выполненных измерений. В результате в блок 21 через первую и вторую группы информационных входов записывают значение пространственных параметров ИРИ θi и βi (с выходов блока 16) и значение частоты сигнала fi, поступающее на пятую группу информационных входов (с выхода блока 7). В результате в блоке 21 одним блоком записывают видеоинформацию об ИРИ: время его наблюдения ti, которое определяет адрес записи информации, пространственные параметры ИРИ θi и βi и частота fi, на которой была отмечена его работа.In the case of making a positive decision, block 25 generates a control signal, which is fed to the group of address inputs of block 21. As a control action, information about the time t i of the measurements taken is transmitted. As a result, in block 21, through the first and second groups of information inputs, the value of the spatial parameters of the IRI θ i and β i (from the outputs of block 16) and the signal frequency f i arriving at the fifth group of information inputs (from the output of block 7) are recorded. As a result, in block 21, video information about the IRI is recorded in one block: the time of its observation t i , which determines the information recording address, the spatial parameters of the IRI θ i and β i and the frequency f i at which its operation was noted.
В общем случае перечень параметров ИРИ, фиксируемых в блоке 21, может быть расширен, однако это повлечет за собой введение в устройство дополнительных блоков и связей. Синхронизацию работы блоков 17, 18 и 22 осуществляют импульсы генератора 1.In the general case, the list of IRI parameters recorded in block 21 can be expanded, however, this will entail the introduction of additional blocks and links to the device. The synchronization of the
В устройстве, реализующем предложенный способ, используют известные элементы и блоки, описанные в научно-технической литературе. Блоки с первого по 16 реализуют аналогично соответствующим блокам устройства-прототипа.In a device that implements the proposed method, using known elements and blocks described in the scientific and technical literature. Blocks from the first to 16 are implemented similarly to the corresponding blocks of the prototype device.
Варианты реализации направленных антенных элементов и антенной решетки 5 широко рассмотрены в литературе (см. Саидов А.С. и др. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. - М.: Радио и связь. 1997; Torrieri D. J. Principles of military communications system. Dedham. Massachusetts. Artech House, inc., 1981. - 298 p.). В зависимости от решаемых задач и используемого диапазона частот могут быть использованы, например, широкополосные трехдиапазонные рупорно-микрополосковые антенны (см. пат. РФ №2360338, пат. РФ №2345453). Реализация антенного коммутатора 6 широко известна (см. Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение. - М.: Радио и связь, 1989. - 240 с; Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. - М.: Радио и связь, 1987. - 120 с).Options for the implementation of directional antenna elements and antenna array 5 are widely considered in the literature (see Saidov A.S. et al. Design of phase automatic direction finders. - M .: Radio and communications. 1997; Torrieri DJ Principles of military communications system. Dedham. Massachusetts Artech House, inc., 1981. - 298 p.). Depending on the tasks being solved and the frequency range used, for example, broadband three-band horn-microstrip antennas can be used (see US Pat. No. 2360338, US Pat. No. 2345453). The implementation of
Двухканальный приемник 7 может быть реализован с помощью двух профессиональных приемников типа IC-R8500 фирмы ICOM (см. Communication Receiver IC-R8500. Instruction Manual). При этом первый и второй гетеродины одного из приемников используют одновременно в качестве первого и второго гетеродинов соответственно второго приемника. Кроме того, в качестве приемника 7 могут попарно использоваться и другие приемники фирмы ICOM: IC-R7000, IC-PCR1000.The two-channel receiver 7 can be implemented using two professional receivers of the ICOM type IC-R8500 (see Communication Receiver IC-R8500. Instruction Manual). In this case, the first and second local oscillators of one of the receivers are used simultaneously as the first and second local oscillators, respectively, of the second receiver. In addition, other ICOM receivers can be used in pair as receiver 7: IC-R7000, IC-PCR1000.
Двухканальный АЦП 8 и блок преобразования Фурье 9, а также блок вычисления ППИП 10, первое запоминающее устройство 11 могут быть реализованы с помощью стандартных плат: субмодуля цифрового приема ADMDDC2WB и ADP60PCI v.3.2 на процессоре Shark ADSP-21062 (см. Руководство пользователя e-mail: insys@arc.ru, www-сервер www.insys.ru).The dual-channel ADC 8 and the Fourier transform unit 9, as well as the PPIP calculation unit 10, the first storage device 11 can be implemented using standard boards: the ADMDDC2WB and ADP60PCI v.3.2 digital reception submodule on the Shark ADSP-21062 processor (see the e- User Manual mail: insys@arc.ru , www-server www.insys.ru ).
Построение генератора синхроимпульсов 1 известно и широко освещено в литературе (см. Радиоприемные устройства: учебное пособие для радиотехн. спец. ВУЗов / Ю.Т.Давыдов и др.; М.: Высшая школа, 1989. - 342 с; Функциональные узлы адаптивных компенсатор помех: Часть II. В.В.Никитченко. - Л.: ВАС. - 1990. - 176 с).The construction of the
С помощью блоков 12, 13 и 14 реализуют выражение (6) описания. Варианты выполнения сумматора 14, первого блока вычитания 12 приведены, например, в (Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.).Using blocks 12, 13 and 14 implement the expression (6) of the description. Embodiments of the adder 14, the first subtraction block 12 are given, for example, in (Red E. Reference manual on high-frequency circuitry: Circuits, blocks, 50 ohm technology: Translated from German - M .: Mir, 1990. - 256 p. )
Второе 2, третье 15 и четвертое 21 запоминающие устройства реализуют по известным схемам (см. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник / А.Ю.Горденов и др. - М.: Радио и связь, 1990. - 288 с.; Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение. - М.: Радио и связь, 1990. - 160 с.).The second 2, third 15 and fourth 21 storage devices are implemented according to well-known schemes (see Large integrated circuits of storage devices: Reference book / A.Yu. Gordenov et al. - M .: Radio and communications, 1990. - 288 p .; O. Lebedev .N. Microcircuits of memory and their application. - M.: Radio and communication, 1990. - 160 p.).
Первый умножитель 13 реализует операцию возведение в квадрат (выражение 6), а его выполнение освещено в (Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.).The first multiplier 13 implements the operation of squaring (expression 6), and its implementation is covered in (Red E. Reference manual on high-frequency circuitry: Circuits, blocks, 50 ohm technology: Translated from German - M .: Mir, 1990. - 256 p.).
Блок формирования эталонных ППИП 3 предназначен для создания таблиц эталонных значений разностей фаз Δφl,h,эт(fv) для различных пар АЭ решетки 5 и различных поддиапазонов v. На подготовительном этапе по входной установочной шине 4 задают следующие исходные данные:The unit for generating
сектор обработки по азимуту (θmin,θmax) и углу места {βmin,βmax);processing sector in azimuth (θ min , θ max ) and elevation angle {β min , β max );
точность нахождения угловых параметров Δθ и Δβ;the accuracy of finding the angular parameters Δθ and Δβ;
удаление эталонного источника D;removing reference source D;
топология размещения АЭ {rn},где rn={Xn,Yn,Zn};AE placement topology {r n }, where r n = {X n , Y n , Z n };
Задача блока 3 состоит в том, чтобы для данного измерителя каждого частотного поддиапазона ΔF для заданной топологии антенной решетки 5 с дискретностью по азимуту Δθ и углу места Δβ рассчитать идеальные (эталонные) значения разностей фаз Δφl,h,эт(fv) для всех пар антенных элементов с учетом того, что эталонный источник перемещается на удаление D от решетки. Блок 3 может быть реализован в виде автомата на базе микропроцессора (см. Шевкоплес Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.) и работающего в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг.6. В качестве последнего целесообразно использовать 16-разрядный микропроцессор К1810ВМ86.The task of
Реализация блока определения азимута и угла места 16 известна и широко освещена в литературе. Предназначен для поиска минимальной суммы Hθ,β(fv) и может быть реализован по пирамидальной схеме с использованием быстродействующих компараторов (см. Шевкоплес Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.).The implementation of the block for determining the azimuth and elevation angle 16 is known and widely covered in the literature. Designed to search for the minimum sum H θ, β (f v ) and can be implemented according to the pyramid scheme using high-speed comparators (see Shevkoples BV Microprocessor structures. Engineering solutions: Handbook. - 2nd ed., Revised and add. - M.: Radio and Communications, 1990. - 512 p.).
Блок коррекции 22 (см. фиг.5) предназначен для приведения в соответствие угловых параметров антенной системы {θП,βП} угловым параметрам видеокамеры [θK,βK] и реализует выражения 1-3. Работа блока коррекции осуществляется следующим образом. На подготовительном этапе в запоминающие устройства 29 и 43 записывают значения вектора смещения центров координат антенной системы 5 и видеокамеры 20 {Xc,Yc,Zc} и вектора угла поворота {R,T,P} соответственно. Данная операция осуществляется очередным пришедшим импульсом генератора 1, поступившим на входы управления блоков 29 и 43.Correction block 22 (see FIG. 5) is intended to bring into correspondence the angular parameters of the antenna system {θ P , β P } to the angular parameters of the video camera [θ K , β K ] and implements expressions 1-3. The operation of the correction unit is as follows. At the preparatory stage, the values of the displacement vector of the coordinate centers of the antenna system 5 and the video camera 20 {X c , Y c , Z c } and the rotation angle vector {R, T, P}, respectively, are recorded in the
Пусть на первую группу информационных входов блока 22 поступает значение θi, а на вторую группу информационных входов - значение βi. С помощью блоков 26, 27, 31, 32, 41 и 42 реализуют операцию перевода угловых параметров антенной системы {θП,βП} в декартовы координаты [XП,YП,ZП) (выражение 1). На выходах умножителя 27 формируют значение Хп, на выходах умножителя 33 - значение YП, а на выходах блока 42 - ZП. Названные величины поступают на входы уменьшаемого блоков вычитания 28, 33 и 43 соответственно. На входы вычитаемого этих блоков подаются значения Хс, Yс и Zс соответственно с информационных выходов запоминающего устройства 29. Результаты вычитания далее следуют на соответствующие группы информационных входов вычислителя 34. На четвертую группу информационных входов блока 34 поступает значение вектора [R,T,P] с информационных выходов запоминающего устройства 44.Let the value θ i be supplied to the first group of information inputs of
Вычислитель 34 предназначен для определения уточненного вектора углов поворота {R',T',P'} путем последовательного умножения вектора [ХП-Xc,YП-Yс,ZП-Zс,)T, значение которого поступило с выходов блоков 28, 33 и 43, на соответствующие углам Эйлера матрицы поворота (см. выражение 2).
Блоки 30, 35-40 предназначены для перевода уточненного вектора углов поворота {R',T',P'} в сферическую систему координат в соответствии с (3), в результате чего определяют скорректированную исходную ориентацию антенной системы пеленгатора через значения азимута θПО и угол места βПО.The
Реализация блоков 26-42 известна и широко освещена в литературе. Блоки вычисления cos-функции 26 и 31, блоки вычисления sin-функции 41 и 42, умножители 27, 32, 35 и 36, сумматор 37, блоки вычисления arctg-функции 40 и 45, делители 30 и 39 могут быть реализованы на дискретных элементах по известным схемам (см. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.).The implementation of blocks 26-42 is known and widely covered in the literature. Cos-function calculation blocks 26 and 31, sin-function calculation blocks 41 and 42,
Запоминающие устройства 29 и 44 представляют собой буферные запоминающие устройства. Могут быть реализованы по известным схемам (см. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник / А.Ю.Горденов и др. - М.: Радио и связь, 1990. - 288 с.; Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение. - М.: Радио и связь, 1990. - 160 с).The
Вычислитель 34 предназначен для определения уточненного вектора углов поворота {R',T',P'} в соответствии с выражением 2. Реализация блока 34 трудностей не вызывает, может быть реализован на программируемом постоянном запоминающем устройстве серии К541 или К500.The
Сумматоры 17 и 18 могут быть реализованы на дискретных элементах ТТЛШ-серии, например К1533.Adders 17 and 18 can be implemented on discrete elements of the TTLSh-series, for example K1533.
Блок управления камерой 19 и видеокамера 20 могут быть реализованы серийно выпускаемым изделием типа Speed Done Ultra8 22PAL 116 фирмы American Dynamic.The camera control unit 19 and the video camera 20 can be implemented with an American Dynamic Speed Done Ultra8 22PAL 116 type product.
Блок управления и индикации 25 предназначен для анализа полученного изображения объекта. Последнее предполагает определение ценности полученных результатов для их последующего уточнения (детализация). На основе результатов выполненного анализа оператор поста или автомат уточняют местоположение ИРИ и принимают решение о занесении результатов измерений в базу данных в блок 21. Блок 25 может быть выполнен на базе монитора типа SyncMaster.F2380 фирмы SAMSUNG (см. http://www.samsung.com) дополненного таймером (цифровыми часами). Значение времени выполненных измерений ti используют в качестве управляющего сигнала для блока 21 определяющего адрес записей в него текущей информации (видеоизображения, θi, βi, f).The control and display unit 25 is intended for analysis of the received image of the object. The latter involves the determination of the value of the results obtained for their subsequent refinement (detail). Based on the results of the analysis, the post operator or machine will check the location of the IRI and make a decision on recording the measurement results in the database in block 21. Block 25 can be made on the basis of a SAMSUNG type SyncMaster.F2380 monitor (see http: // www.samsung .com ) supplemented by a timer (digital clock). The value of the measurement time t i is used as a control signal for the block 21 determining the address of the records in it of the current information (video images, θ i , β i , f).
Для повышения быстродействия заявляемого устройства, уменьшения массогабаритных характеристик, потребляемого тока блоки 2, 3, 17, 18, 21 и 22 целесообразно реализовать на специализированном микропроцессоре TMS320c6416 (см. TMS320c6416: http://focus/ti/com/docs/prod/folders/print/TMS320с6416.html), алгоритм работы которого приведен на фиг.6 и 7.To increase the speed of the claimed device, reduce the overall dimensions, and current consumption, it is advisable to implement
Апробация предлагаемых способа и устройства выполнена с использованием переносного комплекта оборудования УВЧ диапазона, совмещенного с аппаратурой видеонаблюдения. В качестве антенной системы использована восьмиэлементная антенная решетка с максимальной базой около одного метра (см. фиг.2а). Аппаратура видеонаблюдения была представлена изделием купольного типа Speed Done Ultra8 22PAL 116. Оборудование развертывалось в оконном проеме на четвертом этаже здания. Калибровка выполнена из точки с хорошей электромагнитной и визуальной доступностью. Далее рассчитывались поправки θПО βПО в соответствии с выражениями 1-3. В ходе эксперимента определялось местоположение трех ИРИ, перемещающихся по контролируемой зоне перед зданием площадью 300 м× 300 м. Точность измерения параметров θi и βi составила около одного градуса на частоте 900 МГц, что позволило однозначно идентифицировать человека с ИРИ или автомобиль и отслеживать их перемещение.Testing of the proposed method and device was performed using a portable set of UHF equipment, combined with video surveillance equipment. As an antenna system, an eight-element antenna array with a maximum base of about one meter was used (see Fig. 2a). The video surveillance equipment was represented by a Speed Done Ultra8 22PAL 116 dome type product. The equipment was deployed in a window opening on the fourth floor of the building. Calibration is made from a point with good electromagnetic and visual accessibility. Next, the corrections θ PO β PO were calculated in accordance with expressions 1-3. During the experiment, the location of three IRIs moving along a controlled area in front of a building with an area of 300 m × 300 m was determined. The accuracy of measuring the parameters θ i and β i was about one degree at a frequency of 900 MHz, which made it possible to uniquely identify a person with IRI or a car and track them moving.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009146632/09A RU2427000C1 (en) | 2009-12-15 | 2009-12-15 | Method and device to locate radio radiation sources |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009146632/09A RU2427000C1 (en) | 2009-12-15 | 2009-12-15 | Method and device to locate radio radiation sources |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009146632A RU2009146632A (en) | 2011-06-20 |
RU2427000C1 true RU2427000C1 (en) | 2011-08-20 |
Family
ID=44737624
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009146632/09A RU2427000C1 (en) | 2009-12-15 | 2009-12-15 | Method and device to locate radio radiation sources |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2427000C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2739060C1 (en) * | 2020-03-11 | 2020-12-21 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method for determining location of terrestrial radio-emitting object |
RU2787946C1 (en) * | 2022-01-12 | 2023-01-13 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная орденов Жукова и Ленина Краснознаменная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method for manufacturing a multilayer coil heat exchanger |
-
2009
- 2009-12-15 RU RU2009146632/09A patent/RU2427000C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2739060C1 (en) * | 2020-03-11 | 2020-12-21 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method for determining location of terrestrial radio-emitting object |
RU2787946C1 (en) * | 2022-01-12 | 2023-01-13 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная орденов Жукова и Ленина Краснознаменная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method for manufacturing a multilayer coil heat exchanger |
RU2790347C1 (en) * | 2022-04-14 | 2023-02-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальный Технологический Центр" | Difference-range method for determining the location of objects |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009146632A (en) | 2011-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2283505C1 (en) | Method and device for determining coordinates of a radio radiation source | |
RU2510044C1 (en) | Method and apparatus for determining coordinates of radio-frequency radiation sources | |
RU2465613C1 (en) | Method and apparatus for determining location of radio source | |
RU2419106C1 (en) | Method and device for determining coordinates of radio-frequency radiation source | |
RU2423719C1 (en) | Method for adaptive measurement of spatial parameters of radio-frequency radiation sources and device for realising said method | |
RU2594759C1 (en) | Method and device for determining coordinates of a radio emission | |
RU2263328C1 (en) | Method and device for determining coordinates of radio emission source | |
US2837738A (en) | Passive range measuring device | |
CN111273224B (en) | Measurement method based on visual array antenna | |
CN107861096A (en) | Least square direction-finding method based on voice signal reaching time-difference | |
CN109507635A (en) | Utilize the array amplitude phase error evaluation method of two unknown orientation auxiliary sources | |
RU2383897C1 (en) | Radio signal df method and direction finder to this end | |
RU2477551C1 (en) | Method for multichannel adaptive reception of radio signals and apparatus for realising said method | |
Martin-Gorostiza et al. | Infrared local positioning system using phase differences | |
RU2427000C1 (en) | Method and device to locate radio radiation sources | |
RU2659810C1 (en) | Method and apparatus for determining coordinates of radio emission sources | |
RU2296341C1 (en) | Mode of definition of the coordinates of a radiation source | |
RU2505832C2 (en) | Method for radio signal direction finding and direction finder for realising said method | |
RU2330304C1 (en) | Phase direction-finder | |
CN109407089B (en) | A kind of spaceborne wide swath interference imaging altimeter baseline angle estimation method of bilateral view | |
RU2427853C1 (en) | Phase direction finding method and phase direction finder for implementing said method | |
Shcherbyna et al. | Accuracy characteristics of radio monitoring antennas | |
RU2700767C1 (en) | Method and device for determining coordinates of radio emission sources | |
RU2327186C1 (en) | Method and device for determining coordinates of radio emission | |
RU2514197C1 (en) | Method and device for determination of airborne vehicle angular attitude |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111216 |