RU2588057C1 - Method of locating objects for local navigation systems - Google Patents
Method of locating objects for local navigation systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2588057C1 RU2588057C1 RU2015127126/07A RU2015127126A RU2588057C1 RU 2588057 C1 RU2588057 C1 RU 2588057C1 RU 2015127126/07 A RU2015127126/07 A RU 2015127126/07A RU 2015127126 A RU2015127126 A RU 2015127126A RU 2588057 C1 RU2588057 C1 RU 2588057C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- navigation
- points
- signals
- phase
- frequency signals
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000000051 modifying Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 101700059231 ORT1 Proteins 0.000 description 8
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 3
- 230000001702 transmitter Effects 0.000 description 3
- 101700000750 OPT2 Proteins 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 101700002045 OPT1 Proteins 0.000 description 1
- 101700043982 OPT3 Proteins 0.000 description 1
- 241001442055 Vipera berus Species 0.000 description 1
- 230000001427 coherent Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано в локальных навигационных системах и сетях для управления движением мобильных объектов в локальных зонах навигации.The invention relates to radio navigation and can be used in local navigation systems and networks to control the movement of mobile objects in local navigation areas.
Известен защищенный патентом РФ №2204145, кл. G01S 3/46, 2003 способ определения координат источника излучения, основанный на приеме его сигнала тремя антеннами, образующими ортогональные базы.Known protected by RF patent No. 2204145, class. G01S 3/46, 2003 a method for determining the coordinates of a radiation source based on the reception of its signal by three antennas forming orthogonal bases.
Такое действие, как определение направления на источник излучения, является существенным признаком и заявляемого способа.Such an action as determining the direction to the radiation source is an essential sign of the proposed method.
Известен также защищенный патентом РФ №2013785, кл. G01S 13/00, 1994 способ определения местоположения подвижных объектов, заключающийся в излучении кодированных сигналов передатчиками объектов, приеме сигналов в N пространственно разнесенных пунктах с последующей ретрансляцией их на центральный приемный пункт и измерении задержек между принятыми сигналами.Also known is protected by a patent of the Russian Federation No. 20133785, class. G01S 13/00, 1994 a method for determining the location of moving objects, which consists in emitting encoded signals by object transmitters, receiving signals at N spatially separated points, and then relaying them to a central receiving point and measuring the delays between the received signals.
Ретрансляция сигналов на центральный приемный пункт является существенным признаком и заявляемого способа.The relay of signals to the central receiving point is an essential sign of the proposed method.
Причиной, препятствующей достижению в этих аналогах, защищенных патентами РФ, технического результата, обеспечиваемого изобретением, является необходимость использования достаточно сложной системы единого времени.The reason that impedes the achievement in these analogues, protected by patents of the Russian Federation, of the technical result provided by the invention, is the need to use a rather complex system of uniform time.
Известен разностно-дальномерный способ определения местоположения мобильных объектов, заключающийся в поочередном излучении сетью опорных навигационных пунктов, расположенных в точках пространства с известными координатами, когерентных гармонических сигналов, их приеме на мобильном объекте, принятых от каждого опорного объекта и вычислении по ним координат мобильного объекта [Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радиолокационные и радионавигационные системы. - М.: Радио и связь, 1994, с. 211-214].The known differential-ranging method for determining the location of mobile objects, which consists in alternately emitting a network of navigation reference points located at points in space with known coordinates, coherent harmonic signals, receiving them on a mobile object, received from each reference object and calculating the coordinates of the mobile object from them [ Bakulev P.A., Sosnovsky A.A. Radar and radio navigation systems. - M .: Radio and communications, 1994, p. 211-214].
Измерение фазовых сдвигов сигналов и вычисление по ним координат мобильного объекта является существенным признаком и заявляемого способа.The measurement of the phase shifts of the signals and the calculation of the coordinates of the mobile object from them is an essential sign of the proposed method.
Причиной, препятствующей достижению в этом аналоге технического результата, обеспечиваемого изобретением, является необходимость в использовании высокоточной шкалы единого времени на объекте навигации и сложность реализации при больших расстояниях между опорными радионавигационными точками и объектом навигации.The reason that impedes the achievement in this analogue of the technical result provided by the invention is the need to use a high-precision scale of a single time at the navigation object and the difficulty of implementation at large distances between the reference radio navigation points and the navigation object.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является способ определения местоположения объекта навигации, описанный в заявке на патент №2014116786 от 24.04.2014, решение о выдаче патента от 05.06.2015.The closest in technical essence to the claimed (prototype) is the method for determining the location of the navigation object described in patent application No. 2014116786 of 04.24.2014, the decision to grant a patent of 05.06.2015.
Способ заключается в формировании и одновременном излучении объектом навигации двух высокочастотных гармонических сигналов с разными частотами, приеме их в нескольких опорных радионавигационных точках с известными координатами, формировании там сигналов разностной частоты из принятых высокочастотных сигналов, передаче сформированных сигналов разностной частоты на центральный пункт обработки, где измеряется разность фаз указанных сигналов разностной частоты, полученных из разных опорных радионавигационных точек, а результаты фазовых измерений пересчитываются с учетом взаимного расположения центрального приемного пункта и опорных радионавигационных точек в координаты объекта навигации.The method consists in generating and simultaneously emitting two high-frequency harmonic signals with different frequencies by the navigation object, receiving them at several reference radio navigation points with known coordinates, generating differential-frequency signals there from the received high-frequency signals, transmitting the generated differential-frequency signals to a central processing point where it is measured the phase difference of these differential frequency signals obtained from different reference radio navigation points, and the phase results New measurements are recalculated taking into account the relative position of the central receiving point and reference radio navigation points in the coordinates of the navigation object.
Такие действия, как формирование и одновременное излучение объектом навигации и передатчиком двух высокочастотных гармонических сигналов с разными частотами, прием указанных высокочастотных сигналов в нескольких опорных радионавигационных точках с известными координатами, формирование в них из высокочастотных сигналов, принятых от объекта навигации, сигналов разностной частоты, измерение разностей фаз сигналов разностной частоты, сформированных в разных опорных радионавигационных точках и вычисление по измеренным разностям фаз координат объекта навигации с учетом взаимного расположения центрального пункта обработки и опорных радионавигационных точек, являются существенными признаками и заявляемого способа.Such actions as the formation and simultaneous emission by the navigation object and the transmitter of two high-frequency harmonic signals with different frequencies, the receipt of these high-frequency signals at several reference radio navigation points with known coordinates, the formation of high-frequency signals received from the navigation object, differential frequency signals in them, measurement the phase differences of the signals of the differential frequency generated at different reference radio navigation points and the calculation of the measured phase differences to the coordinates of the navigation object, taking into account the relative position of the central processing point and reference radio navigation points, are essential features of the proposed method.
Причиной, препятствующей достижению в способе-прототипе технического результата, обеспечиваемого изобретением, является низкий уровень помехозащищенности реализующих данный способ радионавигационных систем по отношению к умышленным помехам со стороны возможного злоумышленника, обусловленная высокой спектральной плотностью излучаемых объектом навигации сигналов вблизи несущей частоты. Это обстоятельство облегчает потенциальному злоумышленнику как возможность обнаружения сигналов, используемых в реализующей рассматриваемый способ системе, и измерения частот указанных сигналов, так и возможность подавления этих сигналов прицельными по частоте активными помехами.The reason that prevents the achievement of the technical result provided by the invention in the prototype method is the low level of noise immunity of the radio navigation systems implementing this method with respect to intentional interference from a possible attacker, due to the high spectral density of the signals emitted by the navigation object near the carrier frequency. This circumstance makes it easier for a potential attacker to detect the signals used in the system implementing the method in question and to measure the frequencies of these signals, as well as the possibility of suppressing these signals by active interference that is aimed at the frequency.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение помехозащищенности радионавигационных систем, реализующих предлагаемый способ.The technical problem to which the invention is directed is to increase the noise immunity of radio navigation systems that implement the proposed method.
Для достижения указанного технического результата в известном способе определения местоположения объекта навигации, заключающемся в формировании объектом навигации двух высокочастотных гармонических сигналов с разными частотами, их одновременном излучении с объекта навигации и приеме в нескольких опорных радионавигационных точках с известными координатами, формировании в этих точках сигналов разностной частоты из принятых от объекта навигации высокочастотных сигналов, передаче сформированных сигналов разностной частоты в центральный пункт обработки, где измеряется разность фаз сигналов разностной частоты, поступивших из разных опорных точек, а результаты измерений разностей фаз с учетом взаимного расположения центрального приемного пункта и опорных радионавигационных точек пересчитываются в координаты объекта навигации, оба сформированных на объекте навигации гармонических сигнала перед излучением синхронно модулируют по фазе одной и той же псевдослучайной двоичной последовательностью с девиацией фазы 180°.To achieve the specified technical result in a known method for determining the location of a navigation object, which consists in generating two high-frequency harmonic signals with different frequencies by the navigation object, simultaneously emitting them from the navigation object and receiving at several reference radio navigation points with known coordinates, generating difference frequency signals at these points from the high-frequency signals received from the navigation object, to the transmission of the generated differential frequency signals to the center the processing point, where the phase difference of the difference frequency signals from different reference points is measured, and the results of the phase difference measurements, taking into account the relative position of the central receiving point and the reference radio navigation points, are converted to the coordinates of the navigation object, both of which are generated on the navigation object harmonic signals before radiation phase-modulated by the same pseudo-random binary sequence with a phase deviation of 180 °.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведены:The invention is illustrated in the drawing, which shows:
- на фиг. 1 - взаимное положение объекта навигации и трех опорных радионавигационных точек;- in FIG. 1 - the relative position of the navigation object and the three reference radio navigation points;
- на фиг. 2 - структура формирователя сигнала разностной частоты.- in FIG. 2 - structure of a differential frequency signal driver.
Для реализации способа необходимо как минимум три опорные радионавигационные точки с известными координатами.To implement the method requires at least three reference radio navigation points with known coordinates.
Функционирование способа поясняется фиг. 1, на которой показаны мобильный объект навигации (МО), находящийся в точке с неизвестными координатами X и Y, и опорные радионавигационные точки ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3, расположенные в точках с известными координатами X1 и Y1, Х2 и Y2 и Х3 и Y3 соответственно. Там же показаны расстояния D1, D2, D3 между объектом навигации и опорными радионавигационными точками, а также направление N на север.The operation of the method is illustrated in FIG. 1, which shows a mobile navigation object (MO) located at a point with unknown coordinates X and Y, and reference radio navigation points ORT1, ORT2 and ORT3, located at points with known coordinates X 1 and Y 1 , X 2 and Y 2 and X 3 and Y 3, respectively. There are also shown the distances D 1 , D 2 , D 3 between the navigation object and the reference radio navigation points, as well as the direction N to the north.
С помощью передатчика, установленного на объекте навигации, в направлении точек ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3 формируют два гармонических сигнала с частотами ω0 и ω1, синхронно модулируют их по фазе с девиацией фазы 180° одной и той же двоичной случайной последовательностью r(t), суммируют полученные фазоманипулированные колебания и излучают полученный высокочастотный широкополосный сигнал (сумму двух широкополосных фазоманипулированных сигналов ФМ-2 с частотами ω0 и ω1) с объекта навигацииUsing the transmitter installed on the navigation object, two harmonic signals with frequencies ω 0 and ω 1 are generated in the direction of the points OPT1, OPT2 and OPT3, synchronously modulate them in phase with a phase deviation of 180 ° by the same binary random sequence r (t) summarize the obtained phase-manipulated oscillations and emit the resulting high-frequency broadband signal (the sum of two broadband phase-shifted FM-2 signals with frequencies ω 0 and ω 1 ) from the navigation object
где r(t) - двоичная импульсная последовательность, принимающая значения "+1" и "-1" в случайные моменты времени. Оба сигнала имеют одинаковую амплитуду А и случайные начальные фазы φ0 и φ1.where r (t) is a binary pulse sequence taking the values "+1" and "-1" at random times. Both signals have the same amplitude A and random initial phases φ 0 and φ 1 .
Этот сигнал принимается в точках ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3 на расстояниях D1, D2 и D3 соответственно от объекта навигации:This signal is received at points ORT1, ORT2 and ORT3 at distances D 1 , D 2 and D 3, respectively, from the navigation object:
где с=3·108 м/с - скорость распространения радиоволн в атмосфере.where c = 3 · 10 8 m / s is the velocity of propagation of radio waves in the atmosphere.
В каждой из опорных радионавигационных точек ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3 из принятых сигналов s1(t), s2(t) s3(t) формируют сигналы разностной частоты.In each of the reference radio navigation points ORT1, ORT2 and ORT3, the difference frequency signals are generated from the received signals s 1 (t), s 2 (t) s 3 (t).
Структура формирователя сигналов разностной частоты приведена на фиг. 2. Он представляет собой последовательно включенные перемножитель (балансный смеситель) и узкополосный полосовой фильтр, настроенный на разностную частоту .The structure of the differential frequency signal generator is shown in FIG. 2. It is a series-connected multiplier (balanced mixer) and a narrow-band bandpass filter tuned to the differential frequency .
В каждой из опорных радионавигационных точек принимается сигнал si(t) . Принятый сигнал подается одновременно на оба входа перемножителя (балансного смесителя), в котором происходит демодуляция фазоманипулированного сигнала:A signal s i (t) is received at each of the reference radio navigation points . The received signal is fed simultaneously to both inputs of the multiplier (balanced mixer), in which the demodulation of the phase-shifted signal occurs:
Таким образом, на выходе перемножителя формируется сигнал, содержащий следующие спектральные составляющие:Thus, at the output of the multiplier, a signal is formed containing the following spectral components:
1) сигнал с нулевой частотой (постоянная составляющая);1) a signal with a zero frequency (constant component);
2) гармонические сигналы с удвоенными частотами 2ω0 и 2ω1;2) harmonic signals with doubled frequencies 2ω 0 and 2ω 1 ;
3) гармонический сигнал с суммарной частотой ωΣ=ω0+ω1;3) a harmonic signal with a total frequency ω Σ = ω 0 + ω 1 ;
4) гармонический сигнал с разностной частотой 4) harmonic signal with difference frequency
Все эти сигналы, за исключением сигнала с разностной частотой ωр, подавляются фильтром.All these signals, with the exception of the signal with a difference frequency ω p , are suppressed by the filter.
Сигналы разностной частоты, формируемые в каждой из опорных радионавигационных точек, имеют вид:The difference frequency signals generated in each of the reference radio navigation points are:
Нетрудно видеть, что сигналы, формируемые в каждой из опорных радионавигационных точек, различаются по фазам, которые определяются расстояниями D1, D2 и D3 соответственно. Эти сигналы передаются в центральный приемный пункт (ЦПП). В качестве такового может быть использована, например, одна из опорных радионавигационных точек. Примем для определенности, что территориально ЦПП находится в точке ОРТ2.It is easy to see that the signals generated in each of the reference radio navigation points differ in phase, which are determined by the distances D 1 , D 2 and D 3, respectively. These signals are transmitted to the central reception center (CPP). As such, for example, one of the reference radio navigation points can be used. For definiteness, let us assume that geographically the CPP is located at the point of ORT2.
Таким образом, в ЦПП из опорных радионавигационных точек поступают три следующих сигнала разностной частоты.Thus, the following three difference frequency signals are received from the reference radio navigation points in the DPC.
1) Сигнал, поступивший из ОРТ1,1) The signal received from ORT1,
где R21 - расстояние между опорной радионавигационной точкой ОРТ1 и ЦПП;where R 21 is the distance between the reference radionavigation point ORT1 and CPP;
v - скорость распространения радиосигнала в линии связи, соединяющей ОРТ1 и ЦПП.v is the propagation speed of the radio signal in the communication line connecting ORT1 and CPP.
S21p (t) отличается от сигнала S1P (t) амплитудой и дополнительным фазовым сдвигом , который обусловлен прохождением расстояния R21, разделяющего ОРТ1 и ЦПП (в рассматриваемом случае точку ОРТ2).S 21p (t) differs from the signal S 1P (t) in amplitude and an additional phase shift , which is due to the passage of the distance R 21 separating ORT1 and CPP (in this case, the point ORT2).
Этот сигнал можно представить в следующем виде:This signal can be represented as follows:
где .Where .
2) Сигнал, принятый непосредственно в точке ОРТ2 (ЦПП),2) The signal received directly at the point ORT2 (CPP),
В данном случае дополнительный фазовый сдвиг отсутствует, поскольку расстояние между точкой ОРТ2 и ЦПП равно нулю.In this case, there is no additional phase shift, since the distance between the point OPT2 and the CPT is zero.
Этот сигнал также можно представить в видеThis signal can also be represented as
s22p(t)=A22cos(ωpt+ψ22),s 22p (t) = A 22 cos (ω p t + ψ 22 ),
где .Where .
3) Сигнал, поступивший из ОРТ3,3) The signal received from ORT3,
Этот сигнал также можно записать в виде:This signal can also be written as:
где .Where .
Найдем разность фаз Δψ21=ψ22-ψ21 сигналов S22p(t) и S21p(t) и разность фаз Δψ23=ψ22-ψ23 сигналов S22p(t) и S23p(t):We find the phase difference Δψ 21 = ψ 22 -ψ 21 of the signals S 22p (t) and S 21p (t) and the phase difference Δψ 23 = ψ 22 -ψ 23 of the signals S 22p (t) and S 23p (t):
Из этих выражений следует, что рассматриваемые разности не зависят от случайных начальных фаз φ0 и φ1.From these expressions it follows that the considered differences do not depend on random initial phases φ 0 and φ 1 .
Исключив из последних выражений для Δψ21 и Δψ23 известные фазовые сдвиги и , получим окончательные выражения для расчета координат объекта навигации разности Δφ21 фаз сигналов разностной частоты, сформированных во второй и первой опорных точках, а также для расчета разности Δφ23 сигналов разностной частоты, сформированных во второй и третьей опорных точках:Excluding the known phase shifts from the last expressions for Δψ 21 and Δψ 23 and , we obtain the final expressions for calculating the coordinates of the navigation object of the difference Δφ of 21 phases of difference frequency signals generated at the second and first reference points, as well as for calculating the difference Δφ of 23 difference frequency signals generated at the second and third reference points:
Таким образом, параметр Δφ21 представляет собой разность фаз сигналов разностной частоты между второй и первой опорными точками, а параметр Δφ23 - между второй и третьей опорными точками. Указанные разности фаз однозначно соответствуют разностям дальностей D2-D1 и D2-D3 соответственно.Thus, the parameter Δφ 21 is the phase difference of the difference frequency signals between the second and first reference points, and the parameter Δφ 23 is between the second and third reference points. The indicated phase differences uniquely correspond to the differences of the ranges D 2 -D 1 and D 2 -D 3 respectively.
Это позволяет сделать вывод, что по результатам измерений параметров Δφ21 и Δφ23 могут быть рассчитаны параметры D1, D2 и D3 - расстояния между объектом навигации и опорными радионавигационными точками, а следовательно, и координаты объекта навигации.This allows us to conclude that, according to the results of measurements of the parameters Δφ 21 and Δφ 23 , the parameters D 1 , D 2 and D 3 can be calculated - the distances between the navigation object and reference radio navigation points, and, consequently, the coordinates of the navigation object.
Ниже приведен алгоритм пересчета результатов измерения разности фаз сигналов разностной частоты в координаты объекта навигации. Этот алгоритм применим для локальных навигационных систем, когда допустимо пренебречь сферичностью Земли, а скорость распространения радиоволн в зоне действия навигационной системы можно считать постоянной.Below is the algorithm for converting the results of measuring the phase difference of the signals of the differential frequency into the coordinates of the navigation object. This algorithm is applicable for local navigation systems when it is permissible to neglect the sphericity of the Earth, and the propagation velocity of radio waves in the coverage area of the navigation system can be considered constant.
Исходными данными для расчета являются:The initial data for the calculation are:
- разность Δφ21 фаз сигналов разностной частоты для первой и второй радионавигационных точек;- the difference Δφ of 21 phases of the signals of the differential frequency for the first and second radio navigation points;
- разность Δφ23 фаз сигналов разностной частоты для третьей и второй радионавигационных точек.- the difference Δφ of 23 phases of the signals of the differential frequency for the third and second radio navigation points.
Кроме того, в расчете используются следующие константы:In addition, the following constants are used in the calculation:
- значение первой высокой частоты ω0;- the value of the first high frequency ω 0 ;
- значение второй высокой частоты ω1;- the value of the second high frequency ω 1 ;
- скорость распространения радиоволн в атмосфере с;- the propagation velocity of radio waves in the atmosphere with;
- расстояние между первой и второй опорными радионавигационными точками R21;- the distance between the first and second reference radio navigation points R 21 ;
- расстояние между третьей и второй опорными радионавигационными точками R23.- the distance between the third and second reference radio navigation points R 23 .
Порядок расчета следующий.The calculation procedure is as follows.
1. Вычисляются разности расстояний от объекта навигации до опорных точек1. The differences of distances from the navigation object to the reference points are calculated
Здесь D1, D2, D3 - расстояния от объекта навигации (МО) до первой ОРТ1, второй ОРТ2 и третьей ОРТ3 опорных радионавигационных точек в соответствии с фиг. 1.Here D 1 , D 2 , D 3 are the distances from the navigation object (MO) to the first ORT1, second ORT2 and third ORT3 of the radio navigation aids in accordance with FIG. one.
2. Величины ΔD21 и ΔD23 нормируются по длинам базовых линий и вычисляется параметр γ:2. The values ΔD 21 and ΔD 23 are normalized by the lengths of the baselines and the parameter γ is calculated:
3. Определяются постоянные параметры:3. The constant parameters are determined:
а=α21-α23; b=γ·Δd23-Δd21,a = α 21 -α 23 ; b = γ Δd 23 -Δd 21 ,
где α21 - угол между направлением на север и базовой линией R21;where α 21 is the angle between the north direction and the baseline R 21 ;
α23 - угол между направлением на север и базовой линией R23.α 23 - the angle between the north direction and the base line R 23 .
4. Составляется уравнение для расчета угла β23 между базовой линией R23 и направлением на объект навигации:4. An equation is compiled to calculate the angle β 23 between the base line R 23 and the direction of the navigation object:
cos(a-β23)-γ·cosβ23=bcos (a-β 23 ) -γ cosβ 23 = b
Это уравнение решается относительно угла β23 каким-либо из численных итерационных методов, например методом деления отрезка пополам.This equation is solved with respect to angle β 23 by any of the numerical iterative methods, for example, by dividing a segment in half.
5. Вычисляются координаты объекта навигации в местной прямоугольной системе координат, начало которой находится в точке ОРТ2:5. The coordinates of the navigation object in the local rectangular coordinate system are calculated, the origin of which is at the point ORT2:
При необходимости координаты объекта навигации пересчитываются в исходную прямоугольную систему координат;If necessary, the coordinates of the navigation object are converted to the original rectangular coordinate system;
Таким образом, в предлагаемом способе сохраняются все возможности измерения координат объекта навигации, что и в способе-прототипе. Кроме того, вследствие фазовой модуляции излучаемых сигналов случайной двоичной последовательностью коротких импульсов с девиацией фазы 180° существенно расширяется спектр излучаемых объектом навигации сигналов. Вследствие этого во столько же раз уменьшается их спектральная плотность. Помимо этого в спектре излучаемых сигналов отсутствуют спектральные составляющие с частотами ω0 и ω1. Ширина спектра излучаемых сигналов может быть увеличена в десятки раз. Соответственно во столько же уменьшается спектральная плотность этих сигналов.Thus, in the proposed method retains all the possibilities of measuring the coordinates of the navigation object, as in the prototype method. In addition, due to the phase modulation of the emitted signals by a random binary sequence of short pulses with a phase deviation of 180 °, the spectrum emitted by the navigation object significantly expands. As a result of this, their spectral density decreases as many times. In addition, in the spectrum of the emitted signals there are no spectral components with frequencies ω 0 and ω 1 . The width of the spectrum of the emitted signals can be increased tens of times. Accordingly, the spectral density of these signals decreases by the same amount.
Степень расширения спектра и соответственно степень уменьшения спектральной плотности определяется средней длительностью импульсов случайной двоичной последовательности, используемой для фазовой модуляции излучаемых сигналов.The degree of expansion of the spectrum and, accordingly, the degree of decrease in spectral density is determined by the average pulse duration of a random binary sequence used for phase modulation of the emitted signals.
Низкая спектральная плотность излучаемых сигналов, отсутствие в их спектре составляющих с несущими частотами в совокупности с малым временем излучения сигнала затрудняют их обнаружение и измерение величин частот ω0 и ω1 потенциальным злоумышленником. Вследствие этого существенно затрудняется возможность подавления работы радионавигационных систем, использующих предлагаемый способ. Это значительно повышает помехоустойчивость аппаратуры, реализующей способ, по сравнению с прототипом.The low spectral density of the emitted signals, the absence of components with carrier frequencies in their spectrum, together with a short signal emission time, make it difficult for their detection and measurement of frequencies ω 0 and ω 1 by a potential attacker. As a result of this, the ability to suppress the operation of radio navigation systems using the proposed method is substantially hindered. This significantly increases the noise immunity of the equipment that implements the method, compared with the prototype.
Техническая реализация способа не вызывает затруднений. В качестве примера реализации рассмотрим реализацию предлагаемого способа для построения локальной навигационной системы для управления движением транспорта в местах повышенной опасности, где требуется высокоточное определение местоположения высокоскоростных движущихся объектов: на критических участках трасс их движения (например, при приближении к местам переключения стрелок на железнодорожных путях, вблизи крутых закрытых поворотов автомобильных трасс). Для реализации системы может быть выбран диапазон частот 1200-1400 МГц. Зона действия локальной навигационной системы может составлять несколько сотен метров.The technical implementation of the method does not cause difficulties. As an example of implementation, we consider the implementation of the proposed method for constructing a local navigation system for controlling traffic in high-risk areas where high-precision location of high-speed moving objects is required: on critical sections of their movement paths (for example, when approaching switch points on railway tracks, near steep closed turns of highways). For the implementation of the system, a frequency range of 1200-1400 MHz can be selected. The coverage area of the local navigation system can be several hundred meters.
Формирование двух высокочастотных фазомодулированных сигналов на объекте навигации можно реализовать на основе двух синтезаторов частоты, синхронизируемых общим опорным генератором, и сумматора, балансных модуляторов и генератора псевдослучайных двоичных последовательностей, например генератора М-последовательностей на основе регистра сдвига с обратными связями. В качестве синтезаторов частоты можно применить, например, микросхемы типа ADF4360-5, позволяющие сформировать два высокостабильных гармонических сигнала с разносом частот от (0,1-100) МГц, в качестве опорного генератора - термостабилизированный кварцевый генератор типа NT3225SA.The formation of two high-frequency phase-modulated signals at a navigation object can be implemented on the basis of two frequency synthesizers synchronized by a common reference oscillator, and an adder, balanced modulators, and a pseudorandom binary sequence generator, for example, an M-sequence generator based on a feedback register with a shift register. As frequency synthesizers, for example, ADF4360-5 type microcircuits can be used, which make it possible to generate two highly stable harmonic signals with a frequency spacing of (0.1-100) MHz, as a reference oscillator - a NT3225SA thermostabilized crystal oscillator.
Для приема сигналов в опорных навигационных точках можно использовать интегральные СВЧ-усилители - микросхемы типа SPF5122Z, для нормировки принятых сигналов по амплитуде - логарифмический усилитель AD8309, в качестве узла формирования сигнала разностной частоты - смеситель на транзисторе BFP620, нагрузкой которого является фильтр нижних частот с частотой среза, равной разностной частоте. Передачу сигналов разностной частоты из опорных навигационных точек в центральный приемный пункт можно реализовать либо по проводным каналам (при небольших расстояниях между опорными навигационными точками и центральным приемным пунктом - порядка 100 м), либо по радиоканалам с разделением их по частоте (при более значительных расстояниях между опорными навигационными точками и центральным приемным пунктом).To receive signals at navigation reference points, you can use integrated microwave amplifiers - microcircuit type SPF5122Z, to normalize the received signals in amplitude - AD8309 logarithmic amplifier, as a unit for generating a differential frequency signal - a mixer on a BFP620 transistor, whose load is a low-pass filter with a frequency slice equal to the difference frequency. The transmission of difference frequency signals from the navigation reference points to the central receiving point can be realized either via wired channels (at small distances between the reference navigation points and the central receiving point - about 100 m), or via radio channels with frequency separation (for more significant distances between reference navigation points and a central receiving point).
Выделение разности фаз сигналов разностной частоты в центральном приемном пункте реализуется на основе фазового детектора (например, на микросхеме SYPD-1 или подобной).The separation of the phase difference of the signals of the difference frequency in the Central receiving point is based on a phase detector (for example, on a SYPD-1 chip or the like).
Аналоговые сигналы с выхода фазового детектора подаются через аналого-цифровые преобразователи на входные порты микопроцессора типа STM, в котором реализуется решение навигационной задачи по приведенному выше алгоритму.Analog signals from the output of the phase detector are fed through analog-to-digital converters to the input ports of the STM type microprocessor, which implements the solution of the navigation problem according to the above algorithm.
Способ может найти применение для построения локальных навигационных систем при управлении движением транспорта в местах повышенной опасности, где требуется высокоточное определение местоположения высокоскоростных движущихся объектов, на критических участках трасс их движения (например, при приближении к местам переключения стрелок на железнодорожных путях, вблизи крутых закрытых поворотов автомобильных трасс).The method may find application for constructing local navigation systems for controlling traffic in high-risk areas where high-precision location of high-speed moving objects is required, at critical sections of their movement paths (for example, when approaching switch points on railway tracks, near sharp closed turns highways).
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2588057C1 true RU2588057C1 (en) | 2016-06-27 |
Family
ID=
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2676862C1 (en) * | 2018-01-15 | 2019-01-11 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method of locating navigation object |
CN112034494A (en) * | 2020-09-14 | 2020-12-04 | 航科院中宇(北京)新技术发展有限公司 | System and method for calculating navigation point precision in aircraft flight navigation data |
RU2746218C1 (en) * | 2020-08-24 | 2021-04-09 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Михайловская военная артиллерийская академия" Министерства Обороны Российской Федерации | Radionavigation multi-position differential distance system |
RU2752270C2 (en) * | 2017-06-22 | 2021-07-26 | АйПиКОМ ГМБХ УНД КО. КГ | Antenna reference signals for distance measurement |
RU2775155C1 (en) * | 2021-08-24 | 2022-06-28 | Акционерное общество "РАДИОАВИОНИКА" | Method for determining the location of the navigation object |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001001076A1 (en) * | 1998-06-25 | 2001-01-04 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Navigation device |
US6298304B1 (en) * | 1998-03-18 | 2001-10-02 | Nokia Mobile Phones Limited | Local navigation alternatives |
RU44190U1 (en) * | 2004-10-28 | 2005-02-27 | Ульянов Геннадий Николаевич | NAVIGATION SYSTEM |
JP2011038925A (en) * | 2009-08-12 | 2011-02-24 | Navitime Japan Co Ltd | Navigation system, navigation device, navigation server, and method of navigation |
RU2523753C1 (en) * | 2013-01-09 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of personal autonomous navigation |
RU2013129968A (en) * | 2013-07-01 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АКМЕ корпорейшн" | LOCAL NAVIGATION SYSTEM BASED ON A DISTRIBUTED NETWORK OF STATIONARY INTERACTIVE INDICATORS ORIENTED IN SPACE AND PASSIVE WEARABLE MACHINE READABLE IDENTIFIERS |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6298304B1 (en) * | 1998-03-18 | 2001-10-02 | Nokia Mobile Phones Limited | Local navigation alternatives |
WO2001001076A1 (en) * | 1998-06-25 | 2001-01-04 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Navigation device |
RU44190U1 (en) * | 2004-10-28 | 2005-02-27 | Ульянов Геннадий Николаевич | NAVIGATION SYSTEM |
JP2011038925A (en) * | 2009-08-12 | 2011-02-24 | Navitime Japan Co Ltd | Navigation system, navigation device, navigation server, and method of navigation |
RU2523753C1 (en) * | 2013-01-09 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of personal autonomous navigation |
RU2013129968A (en) * | 2013-07-01 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АКМЕ корпорейшн" | LOCAL NAVIGATION SYSTEM BASED ON A DISTRIBUTED NETWORK OF STATIONARY INTERACTIVE INDICATORS ORIENTED IN SPACE AND PASSIVE WEARABLE MACHINE READABLE IDENTIFIERS |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
БАКУЛЕВ П.А. и др. Радиолокационные и радионавигационные системы. Москва, Радио и связь, 1994, с.211-214. * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2752270C2 (en) * | 2017-06-22 | 2021-07-26 | АйПиКОМ ГМБХ УНД КО. КГ | Antenna reference signals for distance measurement |
RU2676862C1 (en) * | 2018-01-15 | 2019-01-11 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method of locating navigation object |
RU2746218C1 (en) * | 2020-08-24 | 2021-04-09 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Михайловская военная артиллерийская академия" Министерства Обороны Российской Федерации | Radionavigation multi-position differential distance system |
CN112034494A (en) * | 2020-09-14 | 2020-12-04 | 航科院中宇(北京)新技术发展有限公司 | System and method for calculating navigation point precision in aircraft flight navigation data |
RU2775155C1 (en) * | 2021-08-24 | 2022-06-28 | Акционерное общество "РАДИОАВИОНИКА" | Method for determining the location of the navigation object |
RU2795389C1 (en) * | 2022-05-12 | 2023-05-03 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method and device for active hydrolocation |
RU2824861C1 (en) * | 2024-03-06 | 2024-08-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальный Технологический Центр" (ООО "СТЦ") | Method of locating navigation object |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6177467B1 (en) | Radar operation with enhanced Doppler capability | |
US6674396B2 (en) | System and method for distance measurement by inphase and quadrature signals in a radio system | |
WO2015134705A2 (en) | Systems and methods for fracture mapping via frequency-changing integrated chips | |
RU2559813C1 (en) | Method of locating navigation object | |
RU2604652C2 (en) | Local phase difference-range-finding radio navigation system | |
RU2602432C1 (en) | Broadband phase-differential local radio navigation system | |
RU2647496C1 (en) | Method of the object coordinates determining | |
RU2588057C1 (en) | Method of locating objects for local navigation systems | |
RU2646595C1 (en) | Method for determining coordinates of radio source | |
RU2604871C2 (en) | Method of locating navigation object | |
RU2742925C1 (en) | Method for determination of relative ranges from a radio source | |
RU2567114C1 (en) | System for measuring coordinates of navigation object | |
RU2597007C1 (en) | Phase-difference method of locating navigation object | |
RU2617448C1 (en) | Object coordinates determination method | |
RU2389040C1 (en) | Query method of measuring radial velocity and system for realising said method | |
RU2602506C1 (en) | Phase-difference radio navigation system with broadband signal | |
RU2575483C2 (en) | Phase difference-ranging method for locating navigation object | |
RU2584545C1 (en) | Method of locating navigation object | |
KR101249823B1 (en) | Radar apparatus for measuring reflection characteristics from land and the sea and method thereof | |
RU2640032C1 (en) | Method for determining coordinates of radio emission source | |
RU2638572C1 (en) | Method of determining coordinates of object | |
WO2017099619A1 (en) | Positioning method for local navigation systems | |
RU2662803C1 (en) | Aircraft ground speed and the crab angle measuring method | |
Herzel et al. | Error analysis of target angle and angular velocity in a PLL-based FMCW radar measurement | |
RU2580507C2 (en) | Radar method and doppler radar with transmitter for implementation thereof |