RU2670142C1

RU2670142C1 - Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и реализующее его устройство

Info

Publication number: RU2670142C1
Application number: RU2018102385A
Authority: RU
Inventors: Борис Викторович Рыжков
Original assignee: Борис Викторович Рыжков
Priority date: 2018-01-22
Filing date: 2018-01-22
Publication date: 2018-10-18

Abstract

Заявленная группа изобретений относится к радиотехнике и может быть использована в системах местоопределения в целях радиоконтроля, навигации, активной и пассивной локации, наведения, целеуказания, поисково-спасательных работ. Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения (ИРИ), включающий размещение четырех датчиков в разнесенных точках с известными координатами (x, y, z), i=1, 2, 3, 4, таким образом, чтобы объем тетраэдра Vбыл больше ноля, прием сигнала каждым датчиком, определение относительного времени запаздывания прихода сигнала от ИРИ на каждый датчик, ранжирование относительного запаздывания от наименьшего к наибольшему значению с присваиванием соответствующим точкам номера от 1 до 4, построение расчетной системы координат с началом в точке 1, составление и решение системы четырех нелинейных уравнений вида(x-x)+(y-y)+(z-z)=(R+Δr),где: i=1, 2, 3, 4;Δr- разность хода сигнала от источника радиоизлучения до датчика i;K- соответствующие координаты датчика в расчетной системе координат;R - дальность до ИРИ от первого датчика,геометрическим местом точек, описываемых указанными функциями в расчетной системе координат, являются сферические поверхности, с центрами в точках размещения датчиков, а координаты ИРИ определяют, как точку пересечения указанных поверхностей. Устройство, реализующее разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения, содержит датчики, расположенные в точках 1, 2, 3, 4, с известными координатами таким образом, чтобы объем тетраэдра V>0, каждый из которых связан с подсистемой измерения задержек распространения по линиям связи, после обработки в которой данные поступают в подсистему вычислителей и далее в подсистему регистрации и/или отображения. В подсистеме вычислителей программными или программно-аппаратными средствами реализуется предлагаемый способ, обеспечивающий повышение быстродействия и точности однозначного местоопределения ИРИ. Достигаемым техническим результатом является повышение быстродействия и точности однозначного определения координат источника радиоизлучения и обеспечивается за счет существенного снижения количества расчетных операций с использованием конечного числа членов бесконечного ряда и существенного упрощения расчетных соотношений, используемых при реализации заявленного способа. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 6 ил.

Description

Область техники

Заявленная группа изобретений относится к радиотехнике и может быть использована в системах местоопределения в целях радиоконтроля, навигации, активной и пассивной локации, наведения, целеуказания, поисково-спасательных работ.

Уровень техники

Известен разностно-дальномерный способ [1] определения координат источника радиоизлучения (ИРИ), заключающийся в:

а) размещении четырех приемных антенн в разнесенных в пространстве точках A_i, i=1, 2, 3, 4 с обеспечением объема тетраэдра, образованной этими антеннами,

больше ноля;

б) определении разности времени прихода Δt_1j=t₁-t_j, j=2,3,4 сигнала от ИРИ к антеннам;

в) формировании системы нелинейных уравнений вида

где: x, y, z - искомые координаты ИРИ;

x_j, y_j, z_j j=1, 2, 3, 4 - известные координаты антенн;

Δr_ij=с⋅Δt_ij - расчетная разность дальностей;

с - скорость света в вакууме;

г) введении дополнительной переменной

д) преобразовании уравнений системы по перечислению в) к виду

где: j=1, 2, 3, 4;

х, y, z - искомые координаты ИРИ;

x_j, y_j, z_j - известные координаты антенн;

Δr_ij=с⋅Δt_ij - расчетная разность дальностей;

с - скорость света в вакууме;

е) решении преобразованной системы и получение решений вида x(r₁), y(r₂), z(r₁);

ж) подстановке решений по перечислению е) в уравнение по перечислению г) с последующим нахождением двух наборов корней квадратного уравнения относительно r₁;

з) выборе, на основании априорной информации об ИРИ, набора корней, соответствующего координатам ИРИ.

Недостатком указанного способа является необходимость наличия априорной информации для разрешения неопределенности о местоположении ИРИ по перечислению з).

Известен способ [2], выбранный в качестве наиболее близкого аналога определения координат ИРИ заключающийся в:

а) размещении четырех антенн в точках А, В, С, D таким образом, что объем V_ABCD больше ноля;

б) приеме излученного ИРИ в момент времени t₀ сигнала на все антенны;

в) измерении трех независимых разностей Δt_AC, Δt_BC, Δt_DC, времени прихода сигнала парами антенн, образующих измерительные базы;

г) вычислении значения угла γ_к и координаты точки F_к, к=1, 2, 3, принадлежащей плоскости ИРИ для каждой тройки

A, В, С при к=1,

B, С, D при к=2,

D, С, А при к=3;

д) вычислении искомых координат ИРИ как координаты точки пересечения трех плоскостей Ω_к, к=1, 2, 3, характеризуемых координатами точек расположения антенн и вычисленными значениями угла γ_к и координаты точки F_к, к=1, 2, 3;

е) отображении полученных результатов.

Для выполнения вычислений по перечислению г) прототипа необходимо ввести три дополнительные прямоугольные системы координат и рассчитать для каждой из них угол γ_i и координаты (x_i, y_i) точки F_i, i=1, 2,3.

Вычисление угла γ_i производиться в соответствии с выражением

а координаты точки F_i

Значения переменных при вычислениях по формулам (1-3) выбираются из таблицы 1 для каждой из введенных систем координат.

Далее, по правилам аналитической геометрии, вычисляются коэффициенты, описывающие плоскость каждой тройки по перечислению г) прототипа, определяется вектор нормали к плоскости и с учетом произведенных вычислений координат точки F_i и угла γ_i вычисляются коэффициенты, описывающие плоскость положения ИРИ.

Затем, осуществляется пересчет полученных плоскостей в начальную систему координат, составление системы линейных уравнений вида A_ix+B_iy+C_iz+D_i=0, i=1, 2, 3 (i - номер плоскости), описывающих плоскости положения ИРИ в начальной системе координат, и решение полученной системы уравнений с вычислением координат ИРИ (x_ИРИ, y_ИРИ, z_ИРИ) как точки пересечения трех плоскостей.

Описанный способ позволяет однозначно определить координаты ИРИ.

Недостатками данного способа являются:

- относительно низкое быстродействие за счет значительного количества вычислений в процедуре расчета координат ИРИ и трехкратного повторения вычислений по ряду процедур;

- относительно низкая точность вычислений, обусловленная использованием конечного числа членов бесконечного ряда при вычислении квадратного корня (см. таблица 1) и значений функций (sin, cos), необходимых для формирования матриц перехода из одной системы координат в другую, а также обратной тригонометрической функции при вычислении угла γ_i.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом группы изобретений является повышение быстродействия и точности однозначного местоопределения источника радиоизлучения (ИРИ).

Заявленный технический результат обеспечивается созданием разностно-дальномерного способа определения координат источника радиоизлучения включающего размещение четырех датчиков в разнесенных точках с известными координатами (x_i, y_i, z_i), i=1, 2, 3, 4, таким образом, что бы объем тетраэдра V₁₂₃₄ был больше ноля, прием сигнала излученного источником радиоизлучения в момент времени t₀ каждым датчиком, определение относительного времени запаздывания прихода сигнал от источника радиоизлучения на каждый датчик Δt_i=t_i-t_l, i=2, 3, 4, при этом производят ранжирование относительного запаздывания от наименьшего к наибольшему значению с присваиванием соответствующим точка номера от 1 до 4, считая, что на датчик 1 сигнал пришел раньше, чем на другие датчики, размещение начала расчетной системы координат в точке 1, при этом ось ОХ проходит через точки с номерами 1 и 2, за положительное направление оси принимается направление от точки 1 к точке 2, в плоскости образованной точками 1, 2 и 3 через точку 1 проводится ось OY перпендикулярно оси ОХ, за положительное направление выбираем направление в полуплоскость, которой принадлежит точка 3, ось OZ дополняет расчетную систему координат до правой, пересчет координат точек размещения датчиков из начальной в расчетную систему координат, составление и решение системы четырех нелинейных уравнений вида

где: i=1, 2, 3, 4;

К_ip соответствующая координата датчика в расчетной системе координат;

Δr_i - разность хода от источника радиоизлучения до датчика i;

R - дальность до источника радиоизлучения от датчика 1,

геометрическим местом точек описываемых указанными функциями в расчетной системе координат являются сферические поверхности, а координаты источника радиоизлучения определяют, как точку пересечения указанных поверхностей, при этом датчики размещены в пространстве так, что их расположение друг относительно друга не изменяется во времени.

В частном случае выполнения способа каждый датчик размещают на мобильном носителе, имеющем в своем составе навигационную аппаратуру и передатчик, на пункте приема информации осуществляется выделение данных о местоположении мобильного носителя, на основании этих данных и данных о местоположении пункте приема информации, рассчитывают задержки распространения и осуществляется пересчет задержек в задержки распространения сигнала в точках расположения датчиков в соответствии с выражением

где: К_ППИ - соответствующая координата пункта приема информации;

К_i, i=1, 2, 3, 4 - соответствующая координата мобильного носителя;

с - скорость света;

t_i - время прихода сигнала от датчика i на пункт приема информации;

i=1, 2, 3, 4 - относительное время прихода сигнала от ИРИ к датчику i,

после ранжирования из полученных значений относительного времени прихода вычитают наименьшее из полученных значений.

В частном случае выполнения способа в системе уравнений одним из уравнений является уравнение, описывающее форму поверхности Земли с пересчетом координат расположения ее центра в расчетную систему координат.

В частном случае выполнения способа в качестве датчиков используют датчики, реагирующие на радиоизлучение любого из диапазонов длин волн инфракрасного, видимого, ультрафиолетового, рентгеновского или гамма-излучения или акустические излучения, а при расчете задержек распространения в среде используют скорость распространения того или иного излучения в веществе находящегося в газообразном, жидком или в твердом состоянии.

Технический результат достигается также созданием устройства, реализующего разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения, содержащего датчики подсистемы фиксированных датчиков расположенные в точках 1, 2, 3, 4 с известными координатами таким образом, чтобы объем тетраэдра V₁₂₃₄ был больше ноля и положение датчиков в пространстве друг относительно друга не изменялось во времени, каждый из которых связан с подсистемой измерения задержек распространения по линиям связи, обеспечивающей определение относительного времени запаздывания прихода сигнал от источника радиоизлучения на каждый датчик Δt_i=t_i-t₁, i=2, 3, 4, считая, что сигнал от ИРИ пришел на датчик 1 раньше, чем на остальные датчики, и передачу его в подсистему вычислителей, отличающееся тем, что подсистема вычислителей, обеспечивает ранжирование значений временных задержек распространения от наименьшего к наибольшему значению с присвоением соответствующим точкам номера от 1 до 4, и расчет координат источника радиоизлучения указанным способом 1, при этом подсистема вычислителей связана со средствами регистрации и/или отображения подсистемы.

В частном случае выполнения устройства каждый датчик размещается на мобильном носителе в качестве которого может использоваться любое средство из группы: автомобиль, корабль, в том числе подводный, летательный аппарат, искусственный спутник Земли, имеющем в своем составе навигационную аппаратуру потребителя спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС/GPS и/или бортовую инерциальную навигационную аппаратуру и передатчик, а также приемное устройство, связанное с ними посредством канала связи любой природы (радиоканал, проводной канал связи), и размещенное на стороне подсистемы измерения задержек, подсистемы вычислителей и подсистемы регистрации и/или визуализации, с обеспечением пересчета времени относительного запаздывания прихода сигнала на приемную систему во время относительного запаздывания прихода сигнала на каждый датчик.

В частном случае выполнения устройства в качестве датчиков используют датчики, работающие в инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом, рентгеновском или гамма-излучения диапазоне длин волн или регистрирующие акустические излучения и учитывающие скорость распространения указанных излучений в среде распространения.

Заявленная группа изобретения проиллюстрирована следующими рисунками:

На фиг. 1 - схема размещения датчиков;

На фиг. 2 - сечение двух пересекающихся сфер радиусами R и R+Δr₂ секущей плоскостью, проходящей через ось O₁X расчетной системы координат;

На фиг. 3 - пересечение (точки D₁ и D₂) окружности, результирующей пересечения сфер с центрами в точках O₁ и O₂, со сферой с центром в точке O₃ и радиусом R+Δr₃;

На фиг. 4 - результат пересечения сфер с центрами в точках O_1, O₂, O₃ и радиусами R, R+Δr₂, R+Δr₃ соответственно, и две сферы радиусом R+Δr₄ с центрами в этих точках и точка размещения датчика 4;

На фиг. 5 - схематическое изображение устройства, реализующего разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения;

На фиг. 6 - приведен вариант устройства, реализующего указанный способ.

Позиции на фиг. 1-6 обозначают следующее:

1-4 - датчики 1-4 соответственно;

5 - подсистема измерения задержек распространения;

6 - подсистема вычислителей;

7 - подсистема регистрации и/или отображения информации;

8 - измеритель временных интервалов;

9 - вычислители;

10 - средства регистрации;

11 - средства отображения;

12 - передатчик;

13 - приемное устройство.

На фиг. 1 изображен тетраэдр 1234 с размещенными в его вершинах датчиками с соответствующими номерами и высота тетраэдра h₁₂₃₄>0.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:

В способе определения координат ИРИ основанном на приеме сигнала четырьмя датчиками, образующими расчетную систему координат, осуществляют измерение относительной разности времени прихода сигнала от ИРИ на датчики Δt_i i=1, 2, 3, 4 и вычисляют:

- значения разности хода электромагнитной волны от ИРИ до каждого датчика

где: i=1,2,3,4;

c - скорость света;

- координаты ИРИ с использованием приведенного ниже способа, описывающего взаимодействие ИРИ с датчиками, обеспечивающего значительное уменьшение числа вычислительных операций и, как следствие, приводящего к повышению быстродействия системы, а также повышение точности местоопределения за счет существенного сокращения числа операций использующих конечное число членов бесконечного ряда.

Реализация заявленного способа предполагает:

1) размещение четырех датчиков в разнесенных точках 1, 2, 3, 4 с известными координатами (x_i, y_i, z_i), i=1, 2, 3, 4, таким образом, что бы объем тетраэдра V₁₂₃₄ был больше ноля (см. фиг. 1);

2) прием сигнала излученного ИРИ в момент времени t₀ каждым датчиком;

3) определение относительного времени запаздывания прихода сигнал от ИРИ на каждый датчик Δt_i=t₁-t_i, i=2, 3, 4. Условно считаем, что сигнал от ИРИ до датчика с номером 1 прибыл раньше, чем этот же сигнал достиг остальных датчиков;

4) ранжирование относительного запаздывания от наименьшего к наибольшему значению с присваиванием соответствующим точка номера от 1 до 4, а соответствующие задержки маркируем как Δt_i, i=2, 3, 4.

5) введение расчетной системы координат так, чтобы координаты точек и разность хода при распространении соответствовали таблице 2, а также определение известным [3] способом матрицы пересчета из начальной в расчетную систему координат с учетом параллельного переноса.

Иными словами, начало расчетной системы координат совпадает с точкой номер 1. Ось ОХ проходит через точки с номерами 1 и 2. За положительное направление оси принимается направление от точки 1 к точке 2. В плоскости образованной точками 1, 2 и 3 через точку 1 проводим ось OY перпендикулярно оси ОХ. За положительное направление выбираем направление в полуплоскость, которой принадлежит точка 3. Ось OZ дополняет расчетную систему координат до правой.

Δr_i=cΔt_i, с - скорость света.

6) составление и решение системы четырех нелинейных уравнений вида

где: i=1,2,3,4;

Δr_i - разность хода от ИРИ до датчика i;

R - дальность до ИРИ от первого датчика.

В основу составления системы (5) положен принцип равной удаленности как точки размещения датчика от ИРИ, так и точки размещения ИРИ от датчика. Это позволяет определять местоположение ИРИ как точку пересечения четырех сфер, радиусами R+Δr_i, i=1, 2, 3, 4.

7) решение системы уравнений (5).

Система (5) имеет единственное решение. Покажем это.

На фиг. 2 изображено сечение двух пересекающихся сфер радиусами R и R+Δr₂ плоскостью, проходящей через прямую, соединяющую центры сфер. В нашем случае секущая плоскость проходит через ось O₁X расчетной системы координат.

Из курса геометрии известно, что если секущая плоскость проходит через центр сферы, то сечение сферы отображается окружностью радиусом равным радиусу сферы.

На фиг. 2 обозначены две точки А и В - точки пересечения окружностей. Очевидно, что |O₁A|=|O₁B|=R и |O₂A|=|O₂B|=R+Δr₂.

Точки А и В равноудалены от оси O₁X, т.к. ΔO₁AO₂≅ΔO₁BO₂ по трем сторонам. Следовательно, равны и соответствующие высоты этих треугольников.

Очевидно, что при вращении окружностей вокруг оси O₁X получится две сферы радиусами R и R+Δr₂, а точки А и В - образуют окружность.

Таким образом, результатом пересечение двух сфер является окружность, которая, в свою очередь, является множеством точек возможного местоположения ИРИ.

Очевидно, что радиус полученной окружности меньше либо равен радиусу наименьшей сферы.

Другие варианты пересечения двух сфер, точка, при внешнем касании сфер и касании одной сферы внешней, а другой внутренней стороной, и сфера, при равенстве радиусов и совпадении центров сфер, не рассматриваем.

Пересечение вида «точка» является частным случаем рассмотренного выше пересечения.

Пересечение вида «сфера» невозможно в рамках рассматриваемой задачи, т.к. все точки размещения датчиков разнесены друг относительно друга.

В общем случае, вероятность наступления такого события (пересечения двух сфер в точке) возможна, но бесконечно мала.

На фиг. 3 изображено пересечение (точки D₁ и D₂) окружности, результирующей пересечения сфер с центрами в точках O₁ и O₂, со сферой с центром в точке O₃ и радиусом R+Δr₃.

На виде А изображен вид со стороны положительного направления оси OZ.

На виде Б изображен вид со стороны отрицательного направления оси O₁X, сфера с центром в точке O₃ условно не показана.

Центр O₃ расположен в плоскости YO₁X расчетной системы координат, по условиям ее построения, a |O₃D₁|=|O₃D₂|=R+Δr₃.

Таким образом, результатом пересечение трех сфер являются две точки возможного местоположения ИРИ, а удаление их от начала расчетной системы координат меньше либо равно радиусу наименьшей сферы.

Очевидно, что можно построить бесконечное множество М сфер проходящих через точки D₁ и D₂ (вращение вокруг прямой D₁D₂). Характерной особенностью этих сфер является то, что их центр будет находиться в плоскости YO₁X расчетной системы координат.

Сферы радиусом R+Δr₃ являются бесконечным подмножеством N меньшего порядка множества М.

Но только у одной сферы множества N центр будет находиться в точке O₃.

Очевидно, что можно найти множество Р, такое, что сфера будет проходить одновременно через точки D₁ и D₂ и иметь радиус R+Δr₄, что не позволит решить задачу однозначного определения местоположения ИРИ.

Другие варианты пересечения сферы и окружности, точка, при касании окружностью сферы с внешней или внутренней стороны, и окружность, когда центры сфер O₁, O₂ и O₃ лежат на одной прямой, не рассматриваем.

Пересечение вида «точка» является частным случаем рассмотренного пересечения окружности со сферой.

Пересечение вида «окружность» невозможно в рамках рассматриваемой задачи, т.к. объем тетраэдра, образованного точками размещения датчиков, должен быть больше ноля.

В общем случае, вероятность наступления такого события (пересечения окружности и сферы в точке) возможна, но бесконечно мала.

Следует отметить, что пересечение типа «точка» позволяет однозначно определить местоположение ИРИ. В этом случае нет необходимости определять координату Z. Она равна нулю в расчетной системе координат.

На фиг. 4 показаны точки D₁ и D₂ - результат пересечения сфер с центрами в точках O₁, O₂, O₃ и радиусами R, R+Δr₂, R+Δr₃ соответственно, и две сферы радиусом R+Δr₄ с центрами в этих точках. Оси расчетной системы координат не показаны условно.

Объединение двух сфер радиусом R+Δr₄ с центрами в точках D₁и D₂ является множество точек, в котором может находиться четвертый датчик с координатами (x_4p, y_4p, z_4p).

Как показано ранее точки D₁ и D₂ расположены симметрично относительно плоскости YO₁X расчетной системы координат. Это означает, что координаты X и Y точек равны, а координата Z отличается знаком.

Запишем уравнения сфер с началом координат в точках D₁ и D₂.

В уравнениях (6) и (7) координаты центров записаны с учетом того, что координаты X и Y точек равны, а координата Z отличается знаком Вычтем из уравнения (6) уравнение (7) и поучим

После преобразования получим

Из выражения (9) следует, что точка с координатами датчика может принадлежать обеим сферам только в том случае, когда координата

этой точки равна нулю, что противоречит условию об отличии объема тетраэдра от ноля и, из приведенных ранее рассуждений, не позволит однозначно определить местоположение ИРИ.

Нахождение ИРИ в точке с координатой Z равной нулю не рассматриваем, так как ИРИ расположен или в точке D₁ или в точке D₂ и не может одновременно находиться в двух точка.

Следовательно, точка O₄ с координатами (х_4р, y_4p, z_4p) принадлежит только одной сфере, и решение системы является единственной.

С другой стороны, как видно из фиг. 4, точка O₄ удалена на расстояние R+Δr>R+Δr₄ от точки D₂, что не соответствует системе 5 и данным из таблицы 2.

А это значит, что система уравнений (5) имеет единственное решение.

Система уравнений (5) с учетом данных таблицы 2 примет вид

После несложных преобразований получим

Как показано выше (при описании фиг. 2 - фиг. 4), система (5), а следовательно, и системы (10) и (11), имеет единственное решение.

Предлагаемый способ содержит возможность дополнительного сокращения числа вычислений.

Если в системе (11) коэффициент А равен нулю, то это означает, что разность хода сигнала от ИРИ ко второму датчику относительно первого, равна удалению одного датчика от другого. В свою очередь, это означает, что ИРИ и датчик 1 и 2 находятся на одной прямой и координаты Y и Z ИРИ в расчетной системе координат равны нулю.

Это позволяет существенно упростить систему (11)

что приводит к уменьшению времени расчета в конкретном случае. Это случай пересечения сфер в точке.

Координаты ИРИ, в этом случае, можно искать как пересечение трех окружностей с центрами в точках размещения датчиков 1, 2 и 3 или 4 и прямой, проходящей через точки размещения датчиков 1, 2.

Для тройки датчиков 1, 2 и 3

Подобным образом можно рассуждать при выполнении равенства

в коэффициенте С и

коэффициенте Е системы (11). Это означает, что:

1) в первом случае, ИРИ находится в плоскости XOY расчетной системы координат, а координата Z ИРИ равна нулю;

2) координаты ИРИ, можно искать как пересечение трех окружностей с центрами в точках размещения соответствующих датчиков и прямой, проходящей через точки размещения датчиков 1, 3 и 1, 4 соответственно.

В обоих случаях упрощается система (10) и, соответственно повышается быстродействие.

8) пересчет координат XYZ, полученных в расчетной системе координат при вычислении по (11) в первоначальную (базовую) систему координат в соответствии с известным алгоритмом [3] с последующим переносом в начало базовой системы координат;

9) регистрацию и/или отображение вычисленных значений.

На фиг. 5 приведено устройство, реализующее указанный способ.

Устройство состоит из трех, функционально взаимосвязанных друг с другом, подсистем:

1. Подсистема фиксированных датчиков, в состав которой входят датчики 1, 2, 3, 4;

2. Подсистема измерения задержек распространения 5;

3. Подсистема вычислителей 6;

4. Подсистема регистрации и/или отображения информации 7.

Заявленный способ реализуется в устройстве следующим образом:

A. Датчики располагают в точках 1, 2, 3, 4 с известными координатами таким образом, чтобы объем тетраэдра V₁₂₃₄ был больше ноля. Датчики могут располагаться неподвижно на стационарных местах для их размещения или неподвижно на несущей конструкции, которая может перемещаться в пространстве за счет параллельного переноса или вращения.

Б. Каждый датчик принимает сигнал, излученный ИРИ в момент времени t₀ в моменты времени t_i, i=1, 2, 3, 4 соответственно, и передают его в подсистему измерения задержек распространения 5 по линиям связи.

B. В подсистеме измерения задержек распространения 5 определяется (измеряется) относительное время запаздывания прихода сигнал от ИРИ на каждый датчик Δt_i=t_i-t_l, i=2, 3, 4. Условно считаем, что сигнал от ИРИ до датчика в точке 1 прибыл раньше, чем этот же сигнал достиг остальных датчиков.

Значения временных задержек распространения передаются из подсистемы измерения задержек распространения 5 в подсистему вычислителей 6.

Г. В подсистеме вычислителей 6 значения временных задержек распространения ранжируют от наименьшего к наибольшему значению с присвоением соответствующим точкам номера от 1 до 4, а соответствующие задержки маркируем как Δt_i, i=2, 3, 4. Точка с самым ранним временем прихода сигнала от ИРИ обозначается номером 1.

Д. Вводят расчетную систему координат так, чтобы координаты точек и разность хода при распространении соответствовали таблице 2.

Е. Известным способом [3] определяют элементы матрицы пересчета координат из начальной (базовой) системы координат в расчетную систему координат с учетом параллельного переноса.

Ж. Рассчитывают координаты точек 1, 2, 3 и 4 в расчетной системе координат.

3. Вычисляют координаты ИРИ в соответствии с системой (11).

И. Пересчитывают координаты XYZ, полученные в расчетной системе координат при вычислении по (11) в первоначальную (базовую) систему координат в соответствии с известным алгоритмом [3] с учетом параллельного переноса с использованием матриц перехода, полученных по перечислению Е;

К. Результаты расчета выводятся на средства регистрации и/или отображения подсистемы 7.

Предполагается, что задержки распространения в трактах передачи сигнала выверены при подготовке устройства к работе и учтены в вычислителе.

На фиг. 6 приведен первый вариант устройства, реализующего указанный способ.

Отличие от ранее описанного устройства заключается в том, что каждый датчик размещается на мобильном носителе (МН), имеющем в своем составе навигационную аппаратуру (НА) и передатчик.

В качестве мобильного носителя может использоваться любое мобильное средство: автомобиль, корабль, в том числе подводная лодка, летательный аппарат, искусственный спутник Земли и т.п.

В качестве навигационной аппаратуры может использоваться навигационная аппаратура потребителя спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС/GPS и/или бортовая инерциальная навигационная аппаратура.

В момент прихода сигнала от ИРИ на датчик определяется местоположение мобильного носителя средствами навигационной аппаратуры. Данные о местоположении передаются в передатчик и далее на приемное устройство, размещенный совместно с подсистемой измерения задержек распространения 5, подсистемой вычислителей 6 и подсистемой регистрации и/или отображения информации 7.

Будем называть приемное устройство, размещенное совместно с подсистемой измерения задержек распространения 5, подсистемой вычислителей 6 и подсистемой регистрации и/или отображения информации 7 пунктом приема информации.

Сигнал от ИРИ может ретранслироваться без изменений, может усиливаться, может переноситься в другую область спектра и передаваться на приемник совместно с данными о местоположении мобильного носителя. Исходным сигналом для пункта приема информации может служить и сигнал, содержащий только сведения о местоположении мобильного носителя в момент прихода сигнала от ИРИ на датчик.

Отличием варианта устройства заключается и в том, что на пункте приема информации осуществляется выделение данных о местоположении мобильного носителя. На основании этих данных и данных о своем местоположении, определяемом любым доступным способом, рассчитываются задержки распространения и осуществляется пересчет задержек в задержки распространения сигнала в точках расположения датчиков (после перечисления В. и перед перечислением Г.) в соответствии с выражением

с - скорость света;

i=1, 2, 3, 4 - относительное время прихода сигнала от ИРИ к датчику i.

После ранжирования по перечислению Г. из полученных значений относительного времени прихода вычитают наименьшее из полученных значений.

Все остальные мероприятия выполняются без изменения сущности предлагаемого способа и мероприятий, связанных с размещением датчиков в пространстве.

В рассматриваемом варианте приемное устройство, передатчик и среда распространения сигнала объединены в каналообразующую аппаратуру. В качестве среды распространения сигнала может выступать открытое пространство или проводные, в том числе оптические, лини связи.

Пункт приема информации может быть как стационарным, так и подвижным, в том числе, он может размещаться и на одном из мобильных носителей датчика.

При размещении датчиков на высотных мобильных носителях и при определении координат ИРИ расположенных на поверхности Земли возможно снижение числа датчиков до трех.

При этом в системе (5) одно из уравнений замещается на уравнение (я), описывающее форму поверхности Земли с пересчетом координат расположения ее центра в расчетную систему координат.

В зависимости от требуемой точности местоопределения это может быть уравнение сферы

где K_З,R_З соответствующая координата центра и радиус Земли или модель Земли в соответствии с [4]. Также могут использовать цифровые карты земной поверхности.

Второй вариант устройства отличается от ранее описанных тем, что в качестве датчиков, без изменения сущности заявляемого способа определения координат, могут использоваться не только датчики, реагирующие на радиоизлучение, но и датчики, реагирующие на излучения другой природы и/или других диапазонов длин волн. Например, акустические, гидроакустические, видимые, инфракрасные, ультрафиолетовые и т.д.

Устройство, реализующее этот вариант, идентично ранее описанным устройствам с тем отличием, что при расчете задержек должна использоваться скорость распространения того или иного излучения в среде распространения (скорость звука или ультразвука при работе с акустическими излучениями в открытом пространстве, скорость распространения гидроакустических волн в жидкостях и т.п.).

Список цитируемой литературы:

1. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. Под ред. B.C. Шебшаевича, П.П. Дмитриева, Н.В. Иванцевича. - М: Радио и связь, 1993. - 408 с.

2. Сайбель. А.Г. Гришин П.С. Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и реализующее его устройство. Патент РФ №2309420 от 27.10.2007.

3. Жаров В.Е. Сферическая астрономия. - Фрязино, 2006. - 480 с.

4. «ПАРАМЕТРЫ ЗЕМЛИ 1990 ГОДА» (ПЗ-90.11). Справочный документ. - Военно-топографическое управление Генерального штаба Вооруженных сил Российской Федерации, 2014 г. - 52 с.

5. Корн Г., Корн М. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М.: Наука, 1984. - 832 с.

Claims

1. Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения, включающий размещение четырех датчиков в разнесенных точках с известными координатами (х_i,у_i,z_i), i=1, 2, 3, 4, таким образом, чтобы объем тетраэдра V₁₂₃₄ был больше ноля, прием сигнала излученного источником радиоизлучения в момент времени t₀ каждым датчиком, определение относительного времени запаздывания прихода сигнала от источника радиоизлучения на каждый датчик Δt_i=t_i-t₁, i=2, 3, 4, отличающийся тем, что производят ранжирование относительного запаздывания от наименьшего к наибольшему значению с присваиванием соответствующим точкам номера от 1 до 4, считая, что на датчик 1 сигнал пришел раньше, чем на другие датчики, размещение начала расчетной системы координат в точке 1, при этом ось OX проходит через точки с номерами 1 и 2, за положительное направление оси принимается направление от точки 1 к точке 2, в плоскости, образованной точками 1, 2 и 3, через точку 1 проводится ось OY перпендикулярно оси OX, за положительное направление выбираем направление в полуплоскость, которой принадлежит точка 3, ось OZ дополняет расчетную систему координат до правой, пересчет координат точек размещения датчиков из начальной в расчетную систему координат, составление и решение системы четырех нелинейных уравнений вида

(x-х_iр)²+(у-у_ip)²+(z-z_ip)²=(R+Δr_i)²,

где: i=1, 2, 3, 4;

К_ip - соответствующая координата датчика в расчетной системе координат;

Δr_i; - разность хода от источника радиоизлучения до датчика i,

геометрическим местом точек, описываемых указанными функциями в расчетной системе координат, являются сферические поверхности, а координаты источника радиоизлучения определяют, как точку пересечения указанных поверхностей, при этом датчики размещены в пространстве так, что их расположение друг относительно друга не изменяется во времени.

2. Разностно-дальномерный способ по п. 1, отличающийся тем, что каждый датчик размещают на мобильном носителе, имеющем в своем составе навигационную аппаратуру и передатчик, на пункте приема информации осуществляется выделение данных о местоположении мобильного носителя, на основании этих данных и данных о местоположении в пункте приема информации, рассчитывают задержки распространения и осуществляют пересчет задержек в задержки распространения сигнала в точках расположения датчиков в соответствии с выражением

с - скорость света;

3. Разностно-дальномерный способ по п. 1, отличающийся тем, что в системе уравнений одно из уравнений замещается на уравнение, описывающее форму поверхности Земли с пересчетом координат расположения ее центра в расчетную систему координат.

4. Разностно-дальномерный способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве датчиков используют датчики, реагирующие на радиоизлучение любого из диапазонов длин волн инфракрасного, видимого, ультрафиолетового, рентгеновского или гамма-излучения или акустические излучения, а при расчете задержек распространения в среде используют скорость распространения того или иного излучения в веществе, находящегося в газообразном, жидком или в твердом состоянии.

5. Устройство, реализующее разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения по п. 1, содержащее датчики подсистемы фиксированных датчиков, расположенные в точках 1, 2, 3, 4 с известными координатами таким образом, чтобы объем тетраэдра V₁₂₃₄ был больше ноля и положение датчиков в пространстве друг относительно друга не изменялось во времени, каждый из которых связан с подсистемой измерения задержек распространения по линиям связи, обеспечивающей определение относительного времени запаздывания прихода сигнал от источника радиоизлучения на каждый датчик Δt_i=t_i-t₁, i=2, 3, 4, считая, что сигнал от ИРИ пришел на датчик 1 раньше, чем на остальные датчики, и передачу его в подсистему вычислителей, отличающееся тем, что подсистема вычислителей обеспечивает ранжирование значений временных задержек распространения от наименьшего к наибольшему значению с присвоением соответствующим точкам номера от 1 до 4, и расчет координат источника радиоизлучения указанным способом 1, при этом подсистема вычислителей связана со средствами регистрации и/или отображения подсистемы.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что каждый датчик размещается на мобильном носителе, в качестве которого может использоваться любое средство из группы: автомобиль, корабль, в том числе подводный, летательный аппарат, искусственный спутник Земли, имеющем в своем составе навигационную аппаратуру потребителя спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС/GPS и/или бортовую инерциальную навигационную аппаратуру и передатчик, а также приемное устройство, связанное с ними посредством канала связи любой природы (радиоканал, проводной канал связи), и размещенное на стороне подсистемы измерения задержек, подсистемы вычислителей и подсистемы регистрации и/или визуализации, с обеспечением пересчета времени относительного запаздывания прихода сигнала на приемную систему во время относительного запаздывания прихода сигнала на каждый датчик.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что в качестве датчиков используют датчики, работающие в инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом, рентгеновском или гамма-излучения диапазоне длин волн или регистрирующие акустические излучения и учитывающие скорость распространения указанных излучений в среде распространения.