RU2643360C1 - Method for determining coordinates of radio-frequency radiation source in three-dimensional space - Google Patents

Method for determining coordinates of radio-frequency radiation source in three-dimensional space Download PDF

Info

Publication number
RU2643360C1
RU2643360C1 RU2017110185A RU2017110185A RU2643360C1 RU 2643360 C1 RU2643360 C1 RU 2643360C1 RU 2017110185 A RU2017110185 A RU 2017110185A RU 2017110185 A RU2017110185 A RU 2017110185A RU 2643360 C1 RU2643360 C1 RU 2643360C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coordinates
iri
rfrs
peripheral
rps
Prior art date
Application number
RU2017110185A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Николаевич Гайчук
Михаил Тимурович Балдычев
Вячеслав Викторович Печурин
Игорь Викторович Чеботарь
Original Assignee
Юрий Николаевич Гайчук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Николаевич Гайчук filed Critical Юрий Николаевич Гайчук
Priority to RU2017110185A priority Critical patent/RU2643360C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2643360C1 publication Critical patent/RU2643360C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/02—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using radio waves
    • G01S1/08—Systems for determining direction or position line
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/04—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/12—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves by co-ordinating position lines of different shape, e.g. hyperbolic, circular, elliptical or radial
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering and communication.
SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and can be used in passive systems for locating radio-frequency radiation sources (RFRS), located on rough terrain. Essence of the invention lies in the arrangement of four receiving points (RP) located on unmanned aerial vehicles (UAVs) of "multi-copter" type in the area of the supposed location of RFRS. RPs are delivered to the specified area by means of an unmanned or manned medium-class aircraft. Composition of each RP includes a navigation-and-provision unit, non-directional antenna, panoramic receiver, transceiver. In the area where RFRS is supposedly located, the receiving points are distributed in space by command from the ground control and processing station (GCPS), thus forming the time-difference system (TDS) of location. Receiving points are located at the tops of the tetrahedron: peripheral RPs – at the vertices of its lower base, and the reference one – at the top above the base. In the generated TDS, signals from the navigation and time support units of each RP are used to determine their coordinates in space, high-precision binding to the own coordinate system of TDS and transfer of coordinate information about peripheral RPs to the reference one. Upon command from it, all RPs search for RFRS signal in the specified frequency range and when a signal is detected, it is relayed to the reference one. Reception and retransmission of RFRS signal by receiving points are carried out by their panoramic receivers and transceivers, respectively. On the reference RP based on the calculation of the correlation between the signal received thereon, and signals retransmitted from peripheral RPs, the coordinates of detected RFRS are computed and sent to GCPS. On the GCPS, the error value of the received coordinates is estimated and if the required value, set by the operator, is exceeded, recalculation of the coordinates of all RPs is carried out for their reconstruction. Such reconstruction of RPs with respect to RFRS is carried out until the error in determining its coordinates is established below the required value.
EFFECT: achieved technical result consists in the decreased error of determining RFRS coordinates.
1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в пассивных системах местоопределения (МО) источников радиоизлучения (ИРИ), размещенных на неровных участках местности.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in passive positioning systems (MO) of radio emission sources (IRI), located on uneven terrain.

Сущность изобретения заключается в расположении множества приемных пунктов (ПП) (не менее четырех), конструктивно размещенных на беспилотных летательных аппаратах (БЛА) типа "мультикоптер" (фиг.1, электронный ресурс - www.DJI.com/ru/mobile/spreading-wings-900 (дата обращения: 13.02.17 г.)) в районе предполагаемого нахождения ИРИ. В указанный район ПП доставляются посредством беспилотного или пилотируемого летательного аппарата среднего класса. В состав каждого ПП входят блок навигационно-временного обеспечения, ненаправленная антенна, панорамный приемник, приемопередатчик. В районе предполагаемого нахождения ИРИ приемные пункты распределяют в пространстве по команде с наземного пункта управления и обработки (НПУ и О), формируя, таким образом, разностно-дальномерную систему (РДС) МО. Если количество ПП равно четырем, то их располагают в вершинах тетраэдра: периферийные ПП - в вершинах его нижнего основания, а опорный в вершине над основанием. Если количество ПП больше четырех, то, в зависимости от условий и требований, их располагают в вершинах пирамиды или распределяют над несколькими ИРИ в вершинах соответствующих тетраэдров. В образованной РДС по сигналам блоков навигационно-временного обеспечения каждого ПП осуществляется определение их координат в пространстве, высокоточная привязка к собственной системе координат РДС и передача координатной информации о периферийных ПП на опорный. По команде с него все ПП выполняют поиск сигнала ИРИ в заданном частотном диапазоне и при обнаружении сигнала ретранслируют его на опорный. Прием и ретрансляция сигнала ИРИ приемными пунктами осуществляются их панорамными приемниками и приемопередатчиками соответственно. На опорном ПП на основе вычисления корреляции между сигналом, принятым на нем, и сигналами, ретранслированными с периферийных ПП, вычисляются и отправляются на НПУ и О координаты обнаруженного ИРИ. На НПУ и О оценивается значение погрешности полученных координат и в случае превышения требуемого значения, установленного оператором, осуществляется пересчет собственных координат всех ПП для их перестроения. Такое перестроение ПП относительно ИРИ выполняется до тех пор, пока погрешность определения его координат не установится ниже требуемого значения σтреб..The essence of the invention lies in the location of many receiving points (PP) (at least four), structurally placed on unmanned aerial vehicles (UAVs) of the "multicopter" type (Fig. 1, electronic resource - www.DJI.com/en/mobile/spreading- wings-900 (date of access: 02/13/17)) in the area of the alleged location of Iran. In the specified area, the BCPs are delivered by means of an unmanned or manned aircraft of the middle class. Each PP includes a navigation-time support unit, an omnidirectional antenna, a panoramic receiver, and a transceiver. In the area of the alleged location of the IRI, the receiving points are distributed in space at the command of the ground control and processing point (NPU and O), thus forming the differential-range-measuring system (RDS) of the Ministry of Defense. If the number of PPs is four, then they are located at the vertices of the tetrahedron: peripheral PPs are at the vertices of its lower base, and the supporting one is at the top above the base. If the number of PPs is more than four, then, depending on the conditions and requirements, they are placed at the vertices of the pyramid or distributed over several IRI at the vertices of the corresponding tetrahedra. In the formed RDS, according to the signals of the navigation-time support blocks of each PP, their coordinates in space are determined, high-precision binding to their own coordinate system of the RDS, and the coordinate information about the peripheral PP is transmitted to the reference one. At a command from him, all the transmitters search for the IRI signal in a given frequency range and, when a signal is detected, relay it to the reference one. Reception and relay of the IRI signal by the receiving points are carried out by their panoramic receivers and transceivers, respectively. On the reference PP, based on the calculation of the correlation between the signal received on it and the signals relayed from the peripheral PP, the coordinates of the detected IRI are calculated and sent to the LCP and O. On NPU and O, the error value of the obtained coordinates is estimated, and in case of exceeding the required value established by the operator, the eigen coordinates of all the PPs are recalculated to rebuild them. Such a rebuilding of the PP relative to the IRI is performed until the error in determining its coordinates is below the required value of σreq. .

Достигаемым техническим результатом изобретения является снижение погрешности определения координат ИРИ, размещенных в пространстве на неровных участках местности. Технический результат достигается за счет расположения ПП в пространстве относительно ИРИ на рассчитанных высотах в вершинах тетраэдра, что позволяет определять координаты ИРИ в трехмерном пространстве (X, Y, Z).Achievable technical result of the invention is to reduce the error in determining the coordinates of the IRI, located in space on uneven terrain. The technical result is achieved due to the location of the PP in space relative to the IRI at the calculated heights at the vertices of the tetrahedron, which allows you to determine the coordinates of the IRI in three-dimensional space (X, Y, Z).

Способ поясняется иллюстрациями, на которых представлены:The method is illustrated by illustrations in which are presented:

фиг. 1 - беспилотный летательный аппарат типа "мультикоптер";FIG. 1 - unmanned aerial vehicle type "multicopter";

фиг. 2 - линии равной погрешности на плоскости при размещении приемных пунктов на некоторой заданной высоте в вершинах квадрата;FIG. 2 - lines of equal error on the plane when placing the receiving points at some given height at the vertices of the square;

фиг. 3 - геометрия расположении ПП в пространстве при определении координат ИРИ а) способом-прототипом и б) предложенным способом;FIG. 3 - geometry of the location of the PP in space when determining the coordinates of the IRI a) the prototype method and b) the proposed method;

фиг. 4 - новый алгоритм уточнения координат ПП относительно ИРИ;FIG. 4 - a new algorithm for updating the coordinates of PP relative to the IRI;

фиг. 5 - визуальное пояснение работы предложенного способа определения координат ИРИ в трехмерном пространстве;FIG. 5 - visual explanation of the proposed method for determining the coordinates of the IRI in three-dimensional space;

фиг. 6 - расположение ИРИ на границе предполагаемого района поиска;FIG. 6 - location of Iran on the border of the proposed search area;

фиг. 7 - расположение ИРИ в центре предполагаемого района поиска;FIG. 7 - the location of the IRI in the center of the proposed search area;

фиг. 8 - линии равной погрешности при размещении приемных пунктов на рассчитанных высотах в вершинах тетраэдра.FIG. 8 - lines of equal error when placing the receiving points at the calculated heights at the vertices of the tetrahedron.

Известен способ местоопределения ИРИ, близкий по технической сущности к заявляемому изобретению (см., например, Кондратьев B.C., Котов А.Ф., Марков Л.Н. Многопозиционные радиотехнические системы - М.: "Радио и связь", 1986. - 264 с), основанный на измерении корреляционным методом временных задержек приема сигнала ИРИ, относительно одного из N≥2 пространственно-разнесенных пунктов радиоконтроля. Недостатками указанного способа являются необходимость устойчивого приема пунктами радиоконтроля сигналов контролируемого ИРИ, что не всегда возможно в условиях сложного рельефа труднодоступной местности и недостаточная точность местоопределения ИРИ, связанная с большим удалением ИРИ от пунктов радиоконтроля.There is a known method of determining the IRI, which is close in technical essence to the claimed invention (see, for example, Kondratiev BC, Kotov AF, Markov LN Multiposition radio engineering systems - M .: "Radio and communication", 1986. - 264 p. ), based on the measurement by the correlation method of the time delays in receiving the IRI signal, relative to one of N≥2 spatially separated points of radio monitoring. The disadvantages of this method are the need for stable monitoring points of signals controlled by IRI, which is not always possible in conditions of difficult terrain of inaccessible terrain and insufficient accuracy of location of the IRI, associated with the large distance of the IRI from radio monitoring points.

Известен способ-прототип определения местоположения источника радиоизлучения (см. Пат. РФ 2 526 094, МПК GO IS 5/12 (2006.01), опубл. 20.04.2014 г.), сущность которого заключается в предварительной доставке в предполагаемый район нахождения ИРИ БЛА-датчиков (не менее четырех). Каждый из БЛА-датчиков состоит из блока навигационно-временного обеспечения, ненаправленной антенны, панорамного приемника и приемопередатчика. В качестве средства доставки и обслуживания БЛА-датчиков, а также для ретрансляции координатной информации, поступающей с них, и передачи команд управления с наземного пункта управления и обработки (НПУО), используется беспилотный или пилотируемый летательный аппарат (ЛА) среднего класса (ЛА-ретранслятор). После доставки в предполагаемый район нахождения источников радиоизлучения, по командам с наземного пункта управления и обработки, БЛА-датчики распределяют в пространстве. Совокупность БЛА-датчиков и ЛА-ретранслятор формально образуют в пространстве многопозиционную систему радиоконтроля. По сигналам блока навигационно-временного обеспечения определяются координаты в пространстве каждого БЛА-датчика и осуществляется их высокоточная привязка к собственной системе координат разностно-дальномерной системы и к единому времени, для этого информация о координатах периферийных БЛА-датчиков в сформированной РДС передается на центральный БЛА-датчик. Каждый БЛА-датчик, имеющий панорамный приемник, осуществляет поиск сигналов ИРИ в заданном частотном диапазоне. При обнаружении сигнала ИРИ осуществляется его оцифровка и передача с помощью передающего устройства приемопередатчика на центральный БЛА-датчик. На центральном БЛА-датчике по поступившим данным осуществляется определение местоположения ИРИ. Данный способ позволяет повысить точность местоопределения ИРИ, функционирующих в труднодоступной местности за счет возможности доставки туда мультикоптеров и использования их свойств маневренности и сохранения неподвижного состояния в пространстве. Недостатком данного способа-прототипа является определение координат ИРИ без учета высоты их размещения на местности, т.е. в случае нахождения ИРИ на неровном участке местности или в какой-либо точке пространства (горе, здании, углублении, под землей и т.д.) высота его размещения всегда будет равна нулю. Использование способа-прототипа для определения координат ИРИ в пространстве (с учетом высоты) приведет к высоким погрешностям, т.к. для пространства, в отличии от плоскости, точка, находящаяся под центром квадрата, в вершинах которого располагаются ПП, характеризуется самой большой погрешностью (фиг.2).A known prototype method for determining the location of a source of radio emission (see Pat. RF 2,526,094, IPC GO IS 5/12 (2006.01), publ. 04/20/2014), the essence of which is pre-delivery to the intended area of location of the IRI UAV- sensors (at least four). Each of the UAV sensors consists of a navigation-time support unit, an omnidirectional antenna, a panoramic receiver and a transceiver. As a means of delivery and maintenance of UAV sensors, as well as for relaying coordinate information coming from them, and for transmitting control commands from a ground control and processing center (LLLW), a middle-class unmanned or manned aircraft (LA repeater) is used ) After delivery to the proposed area where the sources of radio emission are located, according to commands from the ground control and processing point, UAV sensors are distributed in space. The combination of UAV sensors and an airborne repeater formally form a multi-position radio monitoring system in space. Based on the signals from the navigation-time support unit, the coordinates in the space of each UAV-sensor are determined and their high-precision reference is made to their own coordinate system of the differential-ranging system and to a single time, for this information about the coordinates of the peripheral UAV-sensors in the generated RDS is transmitted to the central UAV- sensor. Each UAV sensor with a panoramic receiver searches for IRI signals in a given frequency range. When an IRI signal is detected, it is digitized and transmitted using a transmitting device of the transceiver to the central UAV sensor. On the central UAV sensor, the received data determine the location of the IRI. This method allows to increase the accuracy of positioning of IRIs operating in hard-to-reach areas due to the possibility of delivering multicopters there and using their maneuverability and preservation of a stationary state in space. The disadvantage of this prototype method is the determination of the coordinates of the IRI without taking into account the height of their placement on the ground, i.e. if the IRI is located on an uneven stretch of terrain or at any point in space (mountain, building, indentation, underground, etc.), its placement height will always be zero. Using the prototype method to determine the coordinates of the IRI in space (taking into account the height) will lead to high errors, because for space, in contrast to the plane, the point located under the center of the square at the vertices of which the PPs are located is characterized by the largest error (Fig. 2).

Для достижения технического результата изобретения предлагается в указанном способе-прототипе располагать ПП не в одной плоскости в вершинах квадрата, а на рассчитанных высотах в вершинах тетраэдра, что позволит вместе с координатами X и Y оценивать координату Z - высоту расположения ИРИ в пространстве (фиг.3). Это является основным преимуществом предложенного способа и позволяет снизить погрешность определения координат ИРИ, размещенных в пространстве на неровных участках местности.To achieve the technical result of the invention, it is proposed in the specified prototype method to place the PP not in the same plane at the vertices of the square, but at the calculated heights at the vertices of the tetrahedron, which together with the X and Y coordinates will allow you to evaluate the Z coordinate - the height of the IRI in space (Fig. 3 ) This is the main advantage of the proposed method and allows to reduce the error in determining the coordinates of the IRI, located in space on uneven terrain.

Кроме того, использование в рамках предлагаемого способа нового алгоритма уточнения координат ПП относительно ИРИ (фиг.4) позволяет снизить погрешность определения его координат до минимально возможного значения, которое обеспечивается при размещении опорного ПП над ИРИ (см., например, Гайчук Ю.Н., Печурин В.В., Серебряков Ю.И. Исследование погрешности определения местоположения источников радиоизлучений группой беспилотных летательных аппаратов. Наукоемкие технологии, 2016, №12. - с. 34-38).In addition, the use within the proposed method of a new algorithm for updating the coordinates of PP relative to the IRI (Fig. 4) allows to reduce the error in determining its coordinates to the minimum possible value that is ensured when placing the reference PP over the IRI (see, for example, Gaychuk Yu.N. , Pechurin VV, Serebryakov Yu.I. Investigation of the error in determining the location of radio emission sources by a group of unmanned aerial vehicles. High-tech technologies, 2016, No. 12. - p. 34-38).

Предложенный способ поясняется иллюстрацией, представленной на фиг.5. На фиг.5 приняты следующие обозначения: 1 - беспилотный или пилотируемый летательный аппарат среднего класса; 2 - наземный пункт управления и обработки; 3 - источник радиоизлучения, координаты которого определяются; 4 - опорный ПП РДС МО; 5 - периферийные ПП РДС МО.The proposed method is illustrated by the illustration presented in figure 5. Figure 5 adopted the following notation: 1 - unmanned or manned aircraft of the middle class; 2 - ground control and processing point; 3 - a source of radio emission, the coordinates of which are determined; 4 - reference software RDS MO; 5 - peripheral software RDS MO.

Множество ПП (не менее 4), конструктивно размещенных на БЛА типа "мультикоптер", доставляют посредством беспилотного или пилотируемого летательного аппарата среднего класса 1 в район предполагаемого нахождения ИРИ. Каждый ПП содержит блок навигационно-временного обеспечения, ненаправленную антенну, панорамный приемник и приемопередатчик. В районе расположения ИРИ 3, предположительно находящегося на неровном участке местности (горе, здании, углублении, под землей и т.д.), приемные пункты 4, 5 по команде с НПУ и О 2 распределяют в пространстве на рассчитанных высотах вокруг указанного района, формируя, таким образом, РДС МО. Если количество ПП равно четырем, то их располагают в вершинах тетраэдра: периферийные ПП - в вершинах его нижнего основания, а опорный в вершине над основанием. Если количество ПП больше четырех, то в зависимости от условий и требований их располагают в вершинах пирамиды или распределяют над несколькими ИРИ в вершинах соответствующих тетраэдров. В образованной РДС по сигналам блоков навигационно-временного обеспечения каждого ПП осуществляется определение их координат в пространстве, высокоточная привязка к собственной системе координат РДС и передача координатной информации о периферийных ПП на опорный. По команде с него все ПП выполняют поиск сигнала ИРИ в заданном частотном диапазоне и при обнаружении сигнала ретранслируют его на опорный. Прием и ретрансляция сигнала ИРИ приемными пунктами осуществляются их панорамными приемниками и приемопередатчиками соответственно. На опорном ПП на основе вычисления корреляции между сигналом, принятым на нем, и сигналами, ретранслированными с периферийных ПП, вычисляются и отправляются на НПУ и О координаты обнаруженного ИРИ. На НПУ и О на основе расчета поверхностей равных погрешностей оценивается значение погрешности полученных координат и в случае превышения требуемого значения σтреб., установленного оператором, осуществляется пересчет собственных координат всех ПП для их перестроения. Это необходимо для снижения погрешности определения координат обнаруженного ИРИ, который изначально может находиться на границе предполагаемого района именно в зоне высокой погрешности (фиг.6). Пересчет координат ПП выполняется по новому алгоритму уточнения координат ПП относительно ИРИ (фиг.4) с выдачей оператору одного (четыре ПП) или нескольких (ПП больше четырех) вариантов расположения ПП уже с их новыми координатами. Такое уточнение координат ПП относительно ИРИ выполняется до тех пор, пока погрешность определения его координат не установится ниже требуемого значения (фиг.7).A lot of AS (at least 4), structurally placed on a multicopter UAV, are delivered by means of an unmanned or manned aircraft of the middle class 1 to the area of the alleged location of the IRI. Each software contains a navigation-time support unit, an omnidirectional antenna, a panoramic receiver and a transceiver. In the area of the IRI 3 location, presumably located on an uneven terrain (mountain, building, indentation, underground, etc.), reception centers 4 , 5 are distributed in space at calculated heights around the specified area, on command from NPU and O 2 , thus forming RDS MO. If the number of PPs is four, then they are located at the vertices of the tetrahedron: peripheral PPs are at the vertices of its lower base, and the supporting one is at the top above the base. If the number of PPs is more than four, then depending on the conditions and requirements they are placed at the vertices of the pyramid or distributed over several IRI at the vertices of the corresponding tetrahedra. In the formed RDS, according to the signals of the navigation-time support blocks of each PP, their coordinates in space are determined, high-precision binding to their own coordinate system of the RDS, and the coordinate information about the peripheral PP is transmitted to the reference one. At a command from him, all the transmitters search for the IRI signal in a given frequency range and, when a signal is detected, relay it to the reference one. Reception and relay of the IRI signal by the receiving points are carried out by their panoramic receivers and transceivers, respectively. On the reference PP, based on the calculation of the correlation between the signal received on it and the signals relayed from the peripheral PP, the coordinates of the detected IRI are calculated and sent to the LCP and O. On NPU and O, based on the calculation of surfaces of equal errors, the error value of the obtained coordinates is estimated and if the required value of σ exceeded . established by the operator, the own coordinates of all PPs are recalculated for their rebuilding. This is necessary to reduce the error in determining the coordinates of the detected IRI, which may initially be located on the border of the proposed area in the zone of high error (Fig.6). The coordinates of the PP are recalculated according to the new algorithm for updating the coordinates of the PP relative to the IRI (Fig. 4) with the issuing to the operator one (four PP) or several (PP more than four) options for the location of the PP with their new coordinates. Such a refinement of the coordinates of the PP relative to the IRI is performed until the error in determining its coordinates is not set below the desired value (Fig.7).

Новый алгоритм уточнения координат ПП относительно ИРИ предназначен для снижения погрешности определения координат ИРИ до минимально возможного значения. Для работы алгоритма требуются следующие исходные данные, которые вводятся (выбираются из возможных) оператором на НПУ и О перед началом выполнения задания.The new algorithm for updating the coordinates of the PP relative to the IRI is designed to reduce the error in determining the coordinates of the IRI to the lowest possible value. For the algorithm to work, the following initial data are required, which are entered (selected from possible) by the operator on the NPP and O before starting the job.

1. Характеристики ПП (частота дискретизации, динамический диапазон, полоса приема и т.д.), в том числе характеристики БЛА, на которых они размещаются.1. Characteristics of the software (sampling frequency, dynamic range, reception band, etc.), including the characteristics of the UAVs on which they are located.

2. Количество ПП и соответственно БЛА, на которых они размещаются. Минимальное число ПП равно четырем.2. The number of software and, accordingly, UAVs on which they are located. The minimum number of PPs is four.

3. Требуемая погрешность определения координат ИРИ σтреб. - задается исходя из условий функционирования и заданных требований.3. The required error in determining the coordinates of the IRI σ req. - is set based on operating conditions and specified requirements.

4. Цифровая карта местности (ЦКМ) выполнения задания предназначена для оценки возможности пространственного перестроения ПП и графического отображения обстановки в исследуемом районе.4. A digital terrain map (MSC) of the task is designed to assess the possibility of spatial restructuring of the software and graphic display of the situation in the study area.

5. Вычисленные первоначальные собственные координаты ПП относительно предполагаемого района нахождения ИРИ. В эти координаты, как правило, позиции на границах указанного района, ПП распределяют в начале выполнения задания.5. The calculated initial proper coordinates of the PP relative to the estimated area of Iran. In these coordinates, as a rule, the positions at the borders of the specified area, the PP is distributed at the beginning of the task.

Работа алгоритма начинается с обнаружения сигнала ИРИ и определения его координат на опорном ПП. Вычисленные координаты обнаруженного ИРИ отправляются на НПУ и О, где на основе расчета поверхностей равных погрешностей оценивается значение погрешности полученных координат. Полученное значение сравнивается с требуемым σтреб. и в случае его превышения осуществляется оценка возможности пространственного перестроения ПП исходя из их характеристик (в том числе характеристик БЛА) и цифровой карты местности (различные неровности и препятствия, климатические условия, т.д.). При положительном результате выполняется формирование возможных вариантов построения ПП в пространстве и, при необходимости, увеличение их числа. Уточнение координат ПП для их перестроения относительно ИРИ осуществляется до тех пор, пока погрешность определения его координат не установится ниже требуемого значения (в идеальном случае может быть получено минимально возможное значение погрешности, которое обеспечивается при размещении опорного ПП над ИРИ). В этом случае координатная информация с отображением на ЦКМ выдается оператору НПУ и О. В случае отрицательного результата возможности перестроения ПП в пространстве координатная информация также выдается оператору НПУ и О с отображением на ЦКМ, но с уведомлением о высокой погрешности измеренных координат обнаруженного ИРИ и отсутствия возможности ее снижения.The algorithm begins by detecting the IRI signal and determining its coordinates on the reference PP. The calculated coordinates of the detected IRI are sent to NPU and O, where, based on the calculation of surfaces of equal errors, the error value of the obtained coordinates is estimated. The resulting value is compared with the required σ req. and if it is exceeded, an assessment is made of the possibility of spatial reconstruction of the software based on their characteristics (including the characteristics of the UAV) and a digital map of the area (various irregularities and obstacles, climatic conditions, etc.). If the result is positive, the formation of possible options for constructing PP in space and, if necessary, an increase in their number are performed. Refinement of the coordinates of the PP for their rebuilding with respect to the IRI is carried out until the error in determining its coordinates is below the required value (in the ideal case, the minimum possible value of the error that is ensured when the reference PP is placed over the IRI can be obtained). In this case, the coordinate information with the mapping on the MSC is given to the operator of the NPC and O. In the case of a negative result of the possibility of rebuilding the PP in space, the coordinate information is also given to the operator of the NPC and O with the mapping on the MSC, but with a notification about the high error of the measured coordinates of the detected IRI and the lack of possibility her decline.

Расчет поверхностей равной погрешности в алгоритме уточнения координат ПП относительно ИРИ осуществляется на основе вычисления погрешности МО ИРИ в каждой точке исследуемого пространства. При этом основой разностно-дальномерного способа МО является измерение разности расстояний от ИРИ до размещенных в разных точках пространства опорного и периферийных ПП. Расстояние от ИРИ до i-го ПП в пространстве описывается выражениемCalculation of surfaces of equal error in the algorithm for updating the coordinates of PP relative to the IRI is based on the calculation of the error of the MO of the IRI at each point in the space under study. At the same time, the basis of the differential-ranging method of MO is the measurement of the difference in distances from the IRI to the reference and peripheral SPs located at different points in the space. The distance from the IRI to the i- th PP in space is described by the expression

Figure 00000001
Figure 00000001

где (x,y,z) - координаты ИРИ, (xi,yi,zi) - координаты i-го ПП в пространстве, i=1,...,N - номер ПП, N - количество ПП.where (x, y, z) are the coordinates of the IRI, (x i , y i , z i ) are the coordinates of the i- th PP in space, i = 1, ..., N is the number of the PP, N is the number of the PP.

Погрешность МО ИРИ в пространстве рассчитывается в соответствии с выражениемThe error of the Islamic Republic of Iran in space is calculated in accordance with the expression

Figure 00000002
Figure 00000002

где σΔr - погрешность определения разности расстояний; tr() - след матрицы; Н - матрица частных производных от ri, ()Т - транспонированная матрица, ()-1 - обратная матрица.where σ Δr is the error in determining the difference in distances; tr () is the trace of the matrix; H is the matrix of partial derivatives of r i , () T is the transposed matrix, () -1 is the inverse matrix.

Матрица (HTH)-1 является ковариационной матрицей погрешностей МО ИРИ, а элементы ее главной диагонали представляют собой дисперсии ошибок пространственных координат

Figure 00000003
The matrix (H T H) -1 is the covariance error matrix of the Islamic Republic of Iran, and the elements of its main diagonal are the variances of spatial coordinates errors
Figure 00000003

Матрица частных производных по

Figure 00000004
для РДС имеет видThe matrix of partial derivatives with respect to
Figure 00000004
for RDS has the form

Figure 00000005
Figure 00000005

В качестве примера на фиг. 8 показаны линии равной погрешности на поверхности исследуемого района размером 10 на 10 км. На фигуре расстояние между периферийными ПП составляет 6 км, высота их подъема - 2,2 км, высота подъема опорного ПП - 3,1 км. Минимальная погрешность МО ИРИ при таком расположении ПП обеспечивается под опорным. Поверхность равной погрешности при таком расположении ПП показана на фиг.3б.As an example in FIG. Figure 8 shows lines of equal error on the surface of the study area measuring 10 by 10 km. In the figure, the distance between the peripheral PP is 6 km, the height of their rise is 2.2 km, the height of the support PP is 3.1 km. The minimum error of the MO of IRI with such a location of the PP is provided under the reference. The surface of equal error with this arrangement of the PP is shown in figb.

Таким образом, предложенный способ может быть использован в пассивных системах местоопределения ИРИ и по сравнению со способом-прототипом обладает рядом преимуществ. Расположение ПП в пространстве на рассчитанных высотах в вершинах тетраэдра позволяет определять координаты ИРИ с учетом высоты его расположения и тем самым снизить погрешность определения координат ИРИ, находящихся на неровных участках местности. Применение в предложенном способе нового алгоритма уточнения координат ПП относительно ИРИ позволяет снизить погрешность определения координат ИРИ до минимально возможного значения, которое обеспечивается при размещении опорного ПП над ИРИ.Thus, the proposed method can be used in passive Iranian positioning systems and has several advantages compared to the prototype method. The location of the PP in space at the calculated heights at the vertices of the tetrahedron allows you to determine the coordinates of the IRI taking into account the height of its location and thereby reduce the error in determining the coordinates of the IRI located on uneven terrain. The use in the proposed method of a new algorithm for updating the coordinates of the PP relative to the IRI allows to reduce the error in determining the coordinates of the IRI to the minimum possible value, which is ensured when the reference PP is placed over the IRI.

Claims (1)

Способ определения координат источника радиоизлучения (ИРИ) в трехмерном пространстве, основанный на доставке в район предполагаемого нахождения ИРИ беспилотных летательных аппаратов (БЛА) малого класса типа "мультикоптер" посредством беспилотного или пилотируемого летательного аппарата среднего класса, формировании разностно-дальномерной системы местоопределения (РДСМО) путем размещения четырех приемных пунктов (ПП) на БЛА, при этом каждый ПП содержит блок навигационно-временного обеспечения, ненаправленную антенну, панорамный приемник и приемопередатчик, измерении корреляционным методом временных задержек моментов приема сигнала ИРИ на периферийных и опорном ПП, отличающийся тем, что при формировании РДСМО ИРИ приемные пункты располагают на рассчитанных высотах в вершинах тетраэдра, причем периферийные ПП располагают в вершинах нижнего основания тетраэдра, а опорный - в вершине тетраэдра над его основанием, в сформированной РДСМО ИРИ по сигналам блоков навигационно-временного обеспечения каждого ПП осуществляют определение их координат в пространстве, привязку к собственной системе координат РДСМО и передают координатную информацию о периферийных ПП на опорный ПП, по команде с опорного ПП периферийные ПП осуществляют поиск сигнала ИРИ в заданном частотном диапазоне и при обнаружении сигнала ИРИ ретранслируют его на опорный ПП, на опорном ПП на основе вычисления корреляции между сигналом, принятым на нем, и сигналами, ретранслированными с периферийных ПП, вычисляют и отправляют на наземный пункт приема и обработки (НПУО) координаты обнаруженного ИРИ, на НПУО оценивают значение погрешности полученных координат ИРИ и в случае превышения требуемого значения, установленного оператором, осуществляют пересчет собственных координат всех ПП для их перестроения, пересчет координат осуществляют путем уточнения координат ПП относительно ИРИ с выдачей оператору варианта расположения ПП с новыми координатами, при этом уточнение координат ПП относительно ИРИ осуществляют до тех пор, пока погрешность определения координат ИРИ не установится ниже требуемого значения.A method for determining the coordinates of a radio emission source (IRI) in three-dimensional space, based on the delivery to the area of the alleged location of the Iranian unmanned aerial vehicles (UAVs) of the small class "multicopter" type by means of an unmanned or manned aircraft of the middle class, the formation of a differential rangefinder positioning system (RDSMO) by placing four receiving points (BF) on the UAV, each BF contains a navigation-time support unit, an omnidirectional antenna, panoramic at the receiver and the transceiver, measured by the correlation method of the time delays of the reception of the IRI signal at the peripheral and reference PP, characterized in that during the formation of the RDSMO IRI, the receiving points are located at the calculated heights at the vertices of the tetrahedron, and the peripheral PPs are located at the vertices of the lower base of the tetrahedron, and the reference at the top of the tetrahedron above its base, in the formed RDSMO IRI, according to the signals of the navigation-time support blocks of each PP, their coordinates in space are determined by to the RDSMO own coordinate system and transmit the coordinate information about the peripheral SPs to the reference PP, upon command from the reference PP, the peripheral PPs search for the IRI signal in a given frequency range and, upon detection of the IRI signal, relay it to the reference PP, on the reference PP based on the correlation calculation between the signal received on it and the signals relayed from the peripheral PP, the coordinates of the detected IRI are calculated and sent to the ground receiving and processing point (LPC), the error value n is estimated at the LCP radiated coordinates of IRI and in case of exceeding the required value established by the operator, they recalculate the own coordinates of all the PPs for their rebuilding, recalculate the coordinates by updating the coordinates of the PP relative to the IRI with the operator giving the location of the PP with new coordinates, while the coordinates of the PP relative to the IRI are refined until the error in determining the coordinates of the IRI is not set below the required value.
RU2017110185A 2017-03-27 2017-03-27 Method for determining coordinates of radio-frequency radiation source in three-dimensional space RU2643360C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110185A RU2643360C1 (en) 2017-03-27 2017-03-27 Method for determining coordinates of radio-frequency radiation source in three-dimensional space

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110185A RU2643360C1 (en) 2017-03-27 2017-03-27 Method for determining coordinates of radio-frequency radiation source in three-dimensional space

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2643360C1 true RU2643360C1 (en) 2018-02-01

Family

ID=61173595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017110185A RU2643360C1 (en) 2017-03-27 2017-03-27 Method for determining coordinates of radio-frequency radiation source in three-dimensional space

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2643360C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686847C1 (en) * 2018-07-06 2019-05-06 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Method of calculating the three-dimensional coordinates of the aircraft by the range-measurement method with the location of stations with known coordinates on non-mountainous terrain
RU2695321C1 (en) * 2018-12-06 2019-07-23 Илья Геннадьевич Пивкин Method of determining location of a pulsed radio signal source
RU2715422C1 (en) * 2019-05-20 2020-02-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Method of determining coordinates of a radio emission source in three-dimensional space by a dynamic radio monitoring system
RU2762999C1 (en) * 2020-07-09 2021-12-24 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики", (АО "ЦНИИАГ") Method for increasing the accuracy of determining the coordinates of an object by a radio engineering range measuring system
RU2772812C1 (en) * 2021-04-29 2022-05-26 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Range-difference method for determining the coordinates of a radio emission source

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0836040A (en) * 1994-07-25 1996-02-06 Mitsubishi Electric Corp Radiowave source position locating device
US5719584A (en) * 1996-09-03 1998-02-17 Harris Corporation System and method for determining the geolocation of a transmitter
WO2004011955A2 (en) * 2002-07-31 2004-02-05 Interdigital Technology Corporation Method and system for positioning mobile units based on angle measurements
EP1471364A2 (en) * 2003-04-21 2004-10-27 Northrop Grumman Corporation A method of passively estimating an emitter's position and velocity using bearings-only without requiring observer acceleration
RU2258242C2 (en) * 2003-06-23 2005-08-10 Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского Method and device for difference-range finding direction finding of radio emission source
RU2526094C1 (en) * 2013-06-10 2014-08-20 Павел Николаевич Марков Method of locating radio-frequency source

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0836040A (en) * 1994-07-25 1996-02-06 Mitsubishi Electric Corp Radiowave source position locating device
US5719584A (en) * 1996-09-03 1998-02-17 Harris Corporation System and method for determining the geolocation of a transmitter
WO2004011955A2 (en) * 2002-07-31 2004-02-05 Interdigital Technology Corporation Method and system for positioning mobile units based on angle measurements
EP1471364A2 (en) * 2003-04-21 2004-10-27 Northrop Grumman Corporation A method of passively estimating an emitter's position and velocity using bearings-only without requiring observer acceleration
RU2258242C2 (en) * 2003-06-23 2005-08-10 Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского Method and device for difference-range finding direction finding of radio emission source
RU2526094C1 (en) * 2013-06-10 2014-08-20 Павел Николаевич Марков Method of locating radio-frequency source

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686847C1 (en) * 2018-07-06 2019-05-06 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Method of calculating the three-dimensional coordinates of the aircraft by the range-measurement method with the location of stations with known coordinates on non-mountainous terrain
RU2695321C1 (en) * 2018-12-06 2019-07-23 Илья Геннадьевич Пивкин Method of determining location of a pulsed radio signal source
RU2715422C1 (en) * 2019-05-20 2020-02-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Method of determining coordinates of a radio emission source in three-dimensional space by a dynamic radio monitoring system
RU2762999C1 (en) * 2020-07-09 2021-12-24 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики", (АО "ЦНИИАГ") Method for increasing the accuracy of determining the coordinates of an object by a radio engineering range measuring system
RU2772812C1 (en) * 2021-04-29 2022-05-26 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Range-difference method for determining the coordinates of a radio emission source
RU2781685C1 (en) * 2021-11-29 2022-10-17 Задорожный Артем Анатольевич Method for detection of aircraft in local area
RU2802369C1 (en) * 2022-03-04 2023-08-28 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный ордена Жукова университет радиоэлектроники" Министерства обороны Российской Федерации (ФГКВОУВО "ВУРЭ" МО РФ) Method for location of radio emission sources based on cassini ovals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2526094C1 (en) Method of locating radio-frequency source
RU2643360C1 (en) Method for determining coordinates of radio-frequency radiation source in three-dimensional space
US20160088498A1 (en) Unmanned aerial vehicle for antenna radiation characterization
CN106950549B (en) A kind of Radar Calibration method and system based on less radio-frequency relay transmission technology
JP2007502414A (en) Target location method and apparatus using TDOA distributed antenna
US11092665B2 (en) High frequency geo-location methods and systems
US9946821B2 (en) Base station design assist system utilizing unmanned aerial vehicle, and server used for the system
WO2016136775A1 (en) Laser measuring system, reflection target body, and laser measuring method
US20220065982A1 (en) Traffic management system and an unmanned aerial vehicle compatible with such a system
RU2660160C1 (en) Method of determining the motion parameters of an air object by the dynamic radio monitoring system
RU2584689C1 (en) Multistage system for determining location of aircraft
US10757539B1 (en) System for mapping building interior with PDR and ranging and related methods
JPWO2017047118A1 (en) Base station design support system using unmanned aerial vehicles and server used in the system
EP3018834B1 (en) Systems for and methods of providing indicators useful for piloting an aircraft
RU2715422C1 (en) Method of determining coordinates of a radio emission source in three-dimensional space by a dynamic radio monitoring system
CN207675158U (en) One kind being based on anallatic inclination measuring device
KR101957291B1 (en) Apparatus and method for detecting direction of arrival signal in Warfare Support System
KR102566519B1 (en) Position measuring method for improving accuracy of gps in multipath fading
KR102287852B1 (en) Radio positioning system and navigation method for unmanned aerial vehicle
KR20190107772A (en) System for analyzing DME signal using drone
US20140236469A1 (en) Onboard map display of positions of other aircraft flying in the vicinity of an individual aircraft
WO2021065000A1 (en) Propagation properties measurement system and propagation properties measurement method
RU2594285C2 (en) Mobile triaxial radar
Shevgunov et al. Next-generation landing system based on combined passive radar
JP2022060629A (en) Illegal radio wave transmission source identification device

Legal Events

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

Effective date: 20190328