RU2578750C1

RU2578750C1 - Method of transmitting radio signals

Info

Publication number: RU2578750C1
Application number: RU2015110429/08A
Authority: RU
Inventors: Владимир Петрович Панов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НРТБ-Система" (ООО "НРТБ-С")
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2016-03-27

Abstract

FIELD: communications.

SUBSTANCE: invention relates to communication engineering and can be used to determine spatial coordinates of a stationary or mobile receiving radio signals of the object. Method of transmitting radio signals transmitting system is characterised by that orderly numbered ground stations with specified in a three-dimensional Cartesian coordinates of phase centres of antennae, receiving signals on the object stationary or moving and coordinates of its antenna phase centre, at which radio signals are formed separately at each station or on a common for all stations system with subsequent transmission thereof over communication lines to the appropriate station in the form of harmonic oscillations, modulated function of the specified type, and at the receiving object is search and identification of the received radio signals.

EFFECT: technical result is increased accuracy and reliability of measurement of spatial coordinates of functionally related objects.

2 cl

Description

Изобретение относится к технике связи, а конкретнее к способам передачи и приема радиосигналов и определения координат объектов, стационарных или подвижных. Радиосигналы передают стационарные наземные станции с заданными координатами фазовых центров антенн. Реализация способа позволит, в том числе, измерить пространственные координаты радиотехнических объектов, упростить соответствующие системы позиционирования, увеличить их технико-экономическую эффективность с учетом всех компонентов, влияющих на стоимость и технические показатели.The invention relates to communication technology, and more particularly to methods for transmitting and receiving radio signals and determining the coordinates of objects, stationary or mobile. Stationary ground stations transmit the radio signals with the given coordinates of the antenna phase centers. The implementation of the method will allow, inter alia, to measure the spatial coordinates of radio engineering objects, simplify the corresponding positioning systems, increase their technical and economic efficiency, taking into account all components that affect the cost and technical indicators.

Известны способы передачи и приема радиосигналов и определения координат объектов, основанные на применении угломерных, дальномерных, разностно- и суммарно-дальномерных и комбинированных методов определения местоположения объекта с амплитудными, временными, частотными, фазовыми и импульсно-фазовыми методами измерения параметров радиосигнала [Патенты РФ №№2018855, 2115137, 2258242, 2264598, 2309420, 2325666, 2363117, 2371737, 2378660. Основы испытаний летательных аппаратов. / Е.И. Кринецкий и др. Под ред. Е.И. Кринецкого. - М.: Машиностр., 1979, с. 64-89; Радиотехнические системы / Ю.М. Казаринов и др. Под ред. Ю.М. Казаринова. - М.: ИЦ «Академия», 2008, с. 7, 17-18, пп. 7.1-7.4, гл. 10.; Мельников Ю.П., Попов С.В. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения. - М.: «Радиотехника», 2008, гл. 5]. Известные способы имеют те или иные недостатки, например необходимость механического перемещения антенной системы, невозможность однозначного определения координат объекта, необходимость априорной информации о местоположении объекта, необходимость общей синхронизации передающих и принимающих радиосигналы радиотехнических объектов, недостаточную надежность.Known methods for transmitting and receiving radio signals and determining the coordinates of objects based on the use of goniometric, rangefinder, differential and total-rangefinder and combined methods for determining the location of an object with amplitude, time, frequency, phase and pulse-phase methods for measuring the parameters of the radio signal [Patents of the Russian Federation No. No. 20188855, 2115137, 2258242, 2264598, 2309420, 2325666, 2363117, 2371737, 2378660. Fundamentals of testing aircraft. / E.I. Krynetsky et al. Ed. E.I. Krynetsky. - M .: Mashinostr., 1979, p. 64-89; Radio engineering systems / Yu.M. Kazarinov et al. Ed. Yu.M. Kazarinova. - M .: IC "Academy", 2008, p. 7, 17-18, paragraphs 7.1-7.4, ch. 10.; Melnikov Yu.P., Popov S.V. Radio intelligence. Methods for assessing the effectiveness of the determination of radiation sources. - M.: “Radio Engineering”, 2008, Ch. 5]. Known methods have certain disadvantages, for example, the need for mechanical movement of the antenna system, the impossibility of unambiguous determination of the coordinates of the object, the need for a priori information about the location of the object, the need for general synchronization of radio objects transmitting and receiving radio signals, and insufficient reliability.

По критерию минимальной достаточности наиболее близким является способ передачи и приема радиосигналов и извлечения информации в информационной системе по патенту RU №2519294.According to the criterion of minimum sufficiency, the closest is the method of transmitting and receiving radio signals and extracting information in the information system according to patent RU No. 2519294.

Преимуществом заявляемого способа передачи и приема радиосигналов и определения координат объектов по сравнению с известными является возможность повышения технико-экономической эффективности радиотехнических комплексов измерения пространственных координат и других характеристик объекта, функционально связанных с его координатами, в том числе обеспечение точности и достоверности их измерения. Это достигается тем, что радиосигналы формируют в виде гармонических колебаний, модулированных заданной функцией с частотой, одинаковой для всех радиосигналов, при этом принимающий радиосигналы объект может иметь собственную систему отсчета времени.An advantage of the proposed method for transmitting and receiving radio signals and determining the coordinates of objects in comparison with the known ones is the possibility of increasing the technical and economic efficiency of radio engineering complexes for measuring spatial coordinates and other characteristics of an object functionally related to its coordinates, including ensuring the accuracy and reliability of their measurement. This is achieved in that the radio signals are generated in the form of harmonic oscillations modulated by a given function with a frequency that is the same for all radio signals, while the object receiving the radio signals can have its own time reference system.

Для достижения указанного технического результата в соответствии с настоящим изобретением в способе передачи радиосигналов передающей системой, содержащей упорядоченно пронумерованные наземные станции с заданными в трехмерной Декартовой системе координатами фазовых центров антенн, их приема на объекте, стационарном или подвижном, и определения координат фазового центра его антенны, формируют радиосигналы отдельно на каждой станции или на общей для всех станций системе, в том числе с общим генератором опорной частоты, с последующей передачей их по линиям связи на соответствующие станции, в виде гармонических колебаний, модулированных функцией вида sin^m(2πf₀t) или cos^m(2πf₀t), где t - время, частота f₀ задана одинаковой для всех радиосигналов, а показатель степени m может принимать значения 1, 2, 3, …, при этом несущие частоты гармонических колебаний F_n, где индекс n соответствует номеру станции и изменяется от 1 до N≥4, и частота f₀ известны на объекте, станции синхронизировано передают сформированные радиосигналы, а на принимающем объекте производят поиск и идентификацию принятых радиосигналов соответствующим им станциям одним из известных радиотехнических методов, например посредством корреляции на опорных сигналах, соответствующих передаваемым радиосигналам, регистрируют в собственной системе отсчета времени на объекте моменты приема радиосигналов от станций и по ним с учетом известных на объекте задержек сигналов в линиях связи и необходимых поправок, например, связанных с эффектом Доплера, а также по заданным координатам указанных фазовых центров антенн станций одним из известных методов, например методом определения пространственных координат объекта по относительным дальностям до него, определяют координаты фазового центра антенны объекта.To achieve the technical result in accordance with the present invention, in a method for transmitting radio signals by a transmitting system comprising ordered numbered ground stations with the coordinates of the phase centers of the antennas specified in the three-dimensional Cartesian system, receiving them at an object, stationary or moving, and determining the coordinates of the phase center of its antenna, form radio signals separately at each station or on a system common to all stations, including with a common reference frequency generator, followed by Transferring their communication lines to the corresponding station in the form of harmonic oscillations modulated by a function of the form sin ^m (2πf ₀ t) or cos ^m (2πf ₀ t), where t - time, frequency f ₀ is set equal for all radio and exponent m can take values 1, 2, 3, ..., while the carrier frequencies of harmonic oscillations F _n , where the index n corresponds to the station number and varies from 1 to N≥4, and the frequency f _{0 are} known at the facility, the stations transmit the generated radio signals in synchronization, and at the receiving site they search and identify received radio signals to their respective stations using one of the well-known radio engineering methods, for example, by correlation on the reference signals corresponding to the transmitted radio signals, the moments of reception of radio signals from stations and according to them, taking into account the known signal delays in communication lines and necessary corrections, for example, related to the Doppler effect, as well as for the given coordinates of the indicated phase centers of the station antennas using one of the known methods, for example, Odom determining the spatial coordinates of the object relative to distances before it, determine the coordinates of the phase center of the antenna object.

Также радиосигналы формируют с несущими частотами, заданными одинаково для всех станций передающей системы, при этом радиосигналы передают с задержками, обеспечивающими заданный упорядоченно последовательный их приход на упомянутый объект, находящийся в любой точке пространства.Also, radio signals are generated with carrier frequencies set identically for all stations of the transmitting system, while radio signals are transmitted with delays providing their ordered orderly consecutive arrival at the said object located at any point in space.

В существующем уровне техники не выявлено источников информации, которые содержали бы сведения о способах того же назначения с указанной совокупностью признаков. Ниже изобретение описано более детально.In the current level of technology, no sources of information have been identified that would contain information about methods of the same purpose with the specified set of features. The invention is described in more detail below.

Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.

Передачу радиосигналов осуществляет передающая система, содержащая упорядоченно пронумерованные наземные станции с заданными в трехмерной Декартовой системе координатами фазовых центров антенн. Радиосигналы формируют отдельно на каждой станции или на общей для всех станций системе, в том числе с общим генератором опорной частоты, с последующей передачей их по линиям связи на соответствующие станции. Радиосигналы формируют в виде гармонических колебаний, модулированных функцией вида sin^m(3πf₀t) или cos^m(2πf₀t), где t - время, частота f₀ задана одинаковой для всех радиосигналов. Показатель степени m может принимать значения 1, 2, 3, … . При этом несущие частоты гармонических колебаний F_n, где индекс n соответствует номеру станции и изменяется от 1 до N≥4, и частота f₀ известны на объекте. Станции синхронизированно передают сформированные радиосигналы.Radio signals are transmitted by a transmitting system containing ordered numbered ground stations with the coordinates of the antenna phase centers specified in the three-dimensional Cartesian system. Radio signals are generated separately at each station or on a system common to all stations, including with a common reference frequency generator, with their subsequent transmission via communication lines to the corresponding stations. Radio signals are generated in the form of harmonic oscillations modulated by a function of the form sin ^m (3πf ₀ t) or cos ^m (2πf ₀ t), where t is time, frequency f _{0 is} set the same for all radio signals. The exponent m can take the values 1, 2, 3, .... In this case, the carrier frequencies of harmonic oscillations F _n , where the index n corresponds to the station number and varies from 1 to N≥4, and the frequency f _{0 are} known at the object. Stations synchronously transmit the generated radio signals.

На принимающем объекте производят поиск и идентификацию принятых радиосигналов соответствующим им станциям одним из известных радиотехнических методов. Например, это может осуществляться посредством корреляции на опорных сигналах, соответствующих передаваемым радиосигналам. Опорные сигналы задают в аналитическом виде, поэтому их просто формировать, смещать и пр. На объекте в собственной системе отсчета времени регистрируют моменты приема радиосигналов от станций. Далее по этим моментам (с учетом известных на объекте задержек сигналов в линиях связи и необходимых поправок, например, связанных с эффектом Доплера), а также по заданным координатам указанных фазовых центров антенн станций одним из известных методов определяют координаты фазового центра антенны объекта. В качестве такого метода может быть выбран подходящий метод определения пространственных координат объекта по относительным дальностям до него (например, из защищенных патентами RU: №№2484604, 2530231, 2530232, 2530239, 2530240, 2530241, 2542659 и международными заявками в системе PCT: WO/2015/012733, WO/2015/012734, WO/2015/012735, WO/2015/012736, WO/2015/012737, WO/2015/012738). Также можно формировать радиосигналы с несущими частотами, заданными одинаково для всех станций передающей системы. При этом радиосигналы передают с задержками, обеспечивающими заданный упорядочено последовательный их приход на упомянутый объект, находящийся в любой точке пространства.At the receiving site, one searches for and identifies the received radio signals to their respective stations using one of the known radio engineering methods. For example, this can be done by correlation on the reference signals corresponding to the transmitted radio signals. The reference signals are given in an analytical form, so they are easy to generate, shift, etc. At the object in your own time reference system, the moments of reception of radio signals from stations are recorded. Further, based on these points (taking into account the known delays in the communication lines and the necessary corrections, for example, related to the Doppler effect), as well as the given coordinates of the indicated phase centers of the station antennas, one of the known methods determines the coordinates of the phase center of the antenna of the object. As such a method, a suitable method can be chosen for determining the spatial coordinates of an object from relative distances to it (for example, from protected by RU patents: No. 2484604, 2530231, 2530232, 2530239, 2530240, 2530241, 2542659 and international applications in the PCT system: WO / 2015/012733, WO / 2015/012734, WO / 2015/012735, WO / 2015/012736, WO / 2015/012737, WO / 2015/012738). It is also possible to generate radio signals with carrier frequencies set identically for all stations of the transmitting system. At the same time, the radio signals are transmitted with delays providing a predetermined orderly sequential arrival at the said object located anywhere in space.

Перечислим основные достоинства способа:We list the main advantages of the method:

- обеспечивает однозначное определение пространственных координат объекта с большой точностью,- provides an unambiguous determination of the spatial coordinates of the object with great accuracy,

- в случае использования станциями радиосигналов с разными несущими частотами требуется синхронизация только совокупности передающих станций, а принимающий радиосигналы объект может иметь свою систему отсчета времени,- in the case of stations using radio signals with different carrier frequencies, only a set of transmitting stations must be synchronized, and the object receiving radio signals may have its own time reference system,

- в случае использования всеми станциями радиосигналов с одинаковыми частотами и одного общего генератора опорной частоты система синхронизации существенно упрощается,- if all stations use radio signals with the same frequencies and one common reference frequency generator, the synchronization system is greatly simplified,

- опорные сигналы, заданные в аналитическом виде, просто формировать, смещать и пр., благодаря этому повышается точность измерений,- reference signals defined in an analytical form can be easily generated, shifted, etc., due to this, the accuracy of measurements is increased,

- обеспечивает возможность производить измерения с использованием существующей элементной базы и микропроцессорной техники,- provides the ability to make measurements using the existing hardware and microprocessor technology,

- обеспечивает эффективное использование радиочастотного спектра,- provides efficient use of the radio frequency spectrum,

- реализация способа проще и дешевле, чем известных аналогов,- the implementation of the method is simpler and cheaper than known analogues,

- позволяет осуществлять одновременные измерения на неограниченном количестве объектов.- allows simultaneous measurements on an unlimited number of objects.

Результативность и эффективность использования заявляемого способа состоит в том, что он может быть применен на практике для развития и совершенствования радиотехнических систем определения координат объектов, а также в других приложениях. Способ позволяет определять координаты с большой точностью и более просто по сравнению с известными способами.The effectiveness and efficiency of using the proposed method lies in the fact that it can be applied in practice for the development and improvement of radio engineering systems for determining the coordinates of objects, as well as in other applications. The method allows to determine the coordinates with great accuracy and more simply in comparison with known methods.

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает появление новых свойств, не достигаемых в аналогах. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию «новизны».Thus, the claimed method provides the emergence of new properties not achieved in analogues. The analysis made it possible to establish: analogues with a set of features identical to all the features of the claimed technical solution are absent, which indicates the conformity of the claimed method to the “novelty” condition.

Также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения действий на достижение указанного результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».Also, the popularity of the influence of the actions provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the specified result was not revealed. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "inventive step".

Таким образом, заявленное изобретение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень», а также критерию «промышленная применимость».Thus, the claimed invention meets the criteria of "novelty" and "inventive step", as well as the criterion of "industrial applicability".

Claims

1. A method of transmitting radio signals by a transmitting system containing ordered numbered ground stations with the coordinates of the antenna phase centers specified in the three-dimensional Cartesian system, receiving them at an object, stationary or mobile, and determining the coordinates of the phase center of its antennas, at which radio signals are generated separately at each station or on a system common to all stations, including a common reference frequency generator, with their subsequent transmission via communication lines to the corresponding stations in the form of harmonic tracks beats modulated by a function of the form sin ^m (2πf ₀ t) or cos ^m (2πf ₀ t), where t is the time, frequency f _{0 is} set the same for all radio signals, and the exponent m can take values 1, 2, 3, ..., in this case, the carrier frequencies of harmonic oscillations F _n , where the index n corresponds to the station number and varies from 1 to N≥4, and the frequency f _{0 are} known at the site, the stations transmit the generated radio signals in synchronism, and at the receiving site, search and identify the received radio signals corresponding to them stations one of the famous radio their methods, for example, by correlating on the reference signals corresponding to the transmitted radio signals, the moments of receiving radio signals from the stations are recorded in the object’s own reference frame at the object and according to them, taking into account the known signal delays in the communication lines at the object and the necessary corrections, for example, related to the Doppler effect and also according to the given coordinates of the indicated phase centers of the station antennas using one of the known methods, for example, by determining the spatial coordinates of an object by relative ranges pits before it, determine the coordinates of the phase center of the antenna of the object.

2. The method according to claim 1, characterized in that the radio signals are generated with carrier frequencies set identically for all stations of the transmitting system, while the radio signals are transmitted with delays providing their ordered orderly consecutive arrival at the said object located at any point in space.