RU2722617C1 - Method of determining, based on measured relative ranges of coordinates of a radio-frequency source - Google Patents

Method of determining, based on measured relative ranges of coordinates of a radio-frequency source Download PDF

Info

Publication number
RU2722617C1
RU2722617C1 RU2019144135A RU2019144135A RU2722617C1 RU 2722617 C1 RU2722617 C1 RU 2722617C1 RU 2019144135 A RU2019144135 A RU 2019144135A RU 2019144135 A RU2019144135 A RU 2019144135A RU 2722617 C1 RU2722617 C1 RU 2722617C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radio
quadrature components
stations
components
digital quadrature
Prior art date
Application number
RU2019144135A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Петрович Панов
Виктор Владимирович Приходько
Original Assignee
Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ")
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 Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") filed Critical Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ")
Priority to RU2019144135A priority Critical patent/RU2722617C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2722617C1 publication Critical patent/RU2722617C1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S13/00Systems 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
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/42Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S13/00Systems 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
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/46Indirect determination of position data
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S13/00Systems 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
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/46Indirect determination of position data
    • G01S13/48Indirect determination of position data using multiple beams at emission or reception
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S13/00Systems 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
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S13/00Systems 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
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/5242Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi with means for platform motion or scan motion compensation, e.g. airborne MTI
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-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
    • G01S5/06Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28Details of pulse systems
    • G01S7/285Receivers
    • G01S7/292Extracting wanted echo-signals
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

Landscapes

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

Abstract

FIELD: radio navigation.
SUBSTANCE: invention relates to radio navigation and can be used to determine spatial coordinates (SC) of a radio-frequency source (RS) located on a stationary or mobile object. On the object, a radio signal is synchronously generated and transmitted in the form of four components, each of which is a harmonic oscillation with a given frequency. At each station, a radio signal transmitted from an object is synchronized quadrature reception. Its digital quadrature components (DQC) are formed in contact with preset sampling frequency and number of cycles in the cycle. Next four pairs of quadrature components (QC) corresponding to the components of the transmitted signal are formed in the form of DQC. Then four pairs of quadrature components are formed by summation of each obtained QC of the corresponding pair. Using the obtained quadrature components, method includes forming the parameters given in the method and determining time delays based on the generated parameters, which are transmitted to a single center for receiving and processing radio signals, where they are corrected excluding known in the center time shifts occurring when receiving radio signals and processing at stations. Corrected time delays and when the conditions specified in the method are met unambiguously determine relative ranges to RS from station antennae. Spatial coordinates RS are uniquely determined from relative distances. Method allows excluding the effect of reflected, for example, ground signals and random phases of transmitter heterodynes and receivers. No synchronization is required between the RS and the set of receiving stations.
EFFECT: unambiguous determination of SC RS.
1 cl

Description

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано для определения пространственных координат фазового центра (ФЦ) антенны источника радиоизлучения (ИР), находящегося на передающем радиосигналы объекте, в том числе подвижном, и управления его движением в зоне навигации. Радиосигнал формирует и передает источник радиоизлучения. Его принимают системой стационарных наземных станций с заданными координатами ФЦ их антенн, передают результаты принятых и обработанных на станциях радиосигналов в единый центр приема и обработки и в нем определяют пространственные координаты ФЦ антенны ИР по измеренным относительным дальностям. Реализация способа позволит, в том числе, упростить соответствующие системы позиционирования, обеспечить точность и однозначность измерения координат ФЦ антенны ИР.The invention relates to radio navigation and can be used to determine the spatial coordinates of the phase center (FC) of the antenna of a radio emission source (IR) located on an object transmitting radio signals, including a mobile one, and to control its movement in the navigation zone. A radio signal generates and transmits a source of radio emission. It is received by a system of stationary ground stations with the given coordinates of the FC of their antennas, the results of the received and processed radio signals at the stations are transmitted to a single reception and processing center, and the spatial coordinates of the FT antenna of the IR are determined in it from the measured relative ranges. The implementation of the method will allow, among other things, to simplify the corresponding positioning systems, to ensure the accuracy and uniqueness of measuring the coordinates of the FC antenna of the IR.

Известны способы определения координат ИР, основанные на применении угломерных, дальномерных, разностно и суммарно-дальномерных и комбинированных методов определения местоположения объекта с амплитудными, временными, частотными, фазовыми и импульсно-фазовыми методами измерения параметров радиосигнала (Патенты РФ №№2115137, 2213979, 2258242, 2264598, 2309420, 2325666, 2363117, 2371737, 2378660, 2430385, 2439617, 2506605, 2507529, 2510518, 2539968, 2558640, 2559813, 2567114, 2568104, 2572589, 2584976, 2597007, 2598000, 2599984, 2602506, 2617711, 2617448, 2620359, 2653506, 2657237; Патенты США №№9423502 В2, 9465099 В2, 9485629 В2, 9488735 В2, 9661604 В1, 9681267 В2, 2016/0327630 А1. 2016/0330584 А1, 2016/0337933 А1; Основы испытаний летательных аппаратов/ Е.И. Кринецкий и др. Под ред. Е.И. Кринецкого. - М.: Машиностр., 1979, с. 64-89; Радиотехнические системы/Ю.М. Казаринов и др. Под ред. Ю.М. Казаринова. - М.: ИЦ «Академия», 2008, с. 7, 17-18, п.п. 7.1-7.4, гл. 10.; Мельников Ю.П., Попов С.В. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения. - М.; «Радиотехника», 2008, гл. 5; Кинкулькин И.Е. и др. Фазовый метод определения координат. - М.: Сов. радио, 1979, с. 10-11, 97-100). Известные способы имеют те или иные недостатки, например, необходимость механического перемещения антенной системы, невозможность однозначного определения координат объекта, необходимость априорной информации о местоположении объекта, необходимость общей синхронизации передающих и принимающих радиосигналы радиотехнических объектов, не учитывают влияние на результат отражения радиоволн, например, от земли, не исключают случайные фазы гетеродинов, имеют недостаточные быстродействие и точность.Known methods for determining the coordinates of the IR, based on the use of goniometric, rangefinder, difference and total rangefinder and combined methods for determining the location of an object with amplitude, time, frequency, phase and pulse-phase methods for measuring the parameters of the radio signal (Patents of the Russian Federation No. 2115137, 2213979, 2258242 , 2264598, 2309420, 2325666, 2363117, 2371737, 2378660, 2430385, 2439617, 2506605, 2507529, 2510518, 2539968, 2558640, 2559813, 2567114, 2568104, 2572589, 2584976, 2597007, 2698, 2696051, 26962, 26968, 26962, 26962, 26962, 26962, 26968, 269. , 2653506, 2657237; US Patents Nos. 9423502 B2, 9465099 B2, 9485629 B2, 9488735 B2, 9661604 B1, 9681267 B2, 2016/0327630 A1. 2016/0330584 A1, 2016/0337933 A1; Fundamentals of Aircraft Testing / E.I. Krinetskiy et al. Edited by E.I. Krynetskiy. - M .: Mashinostr., 1979, pp. 64-89; Radio engineering systems / Yu.M. Kazarinov et al. Edited by Yu.M. Kazarinov. M .: IC "Academy", 2008, p. 7, 17-18, items 7.1-7.4, chap. 10 .; Melnikov Yu.P., Popov S.V. Radio intelligence. Methods for assessing the effectiveness of the determination of radiation sources. - M .; Radio Engineering, 2008, Ch. 5; Kinkulkin I.E. et al. Phase method for determining coordinates. - M .: Owls. radio, 1979, p. 10-11, 97-100). Known methods have certain disadvantages, for example, the need for mechanical movement of the antenna system, the impossibility of unambiguous determination of the coordinates of the object, the need for a priori information about the location of the object, the need for general synchronization of transmitting and receiving radio signals of radio objects, do not take into account the effect on the result of reflection of radio waves, for example, lands, do not exclude random phases of local oscillators, have insufficient speed and accuracy.

По критерию минимальной достаточности наиболее близким является способ определения координат ИР по патенту RU №2646595.According to the criterion of minimum sufficiency, the closest is the method of determining the coordinates of the IR according to patent RU No. 2646595.

Преимуществом заявляемого способа определения координат ФЦ антенны ИР по сравнению с известными способами является обеспечение однозначного определения пространственных координат ФЦ антенны ИР. Это достигается тем, что на объекте синхронизировано формируют и передают радиосигнал в виде четырех компонент, каждая из которых является гармоническим колебанием с заданной частотой. На каждой станции синхронизировано квадратурно принимают передаваемый с объекта радиосигнал. Потактно с заданными частотой дискретизации и количеством тактов в цикле формируют цифровые квадратурные компоненты (ЦКК). По сформированным ЦКК формируют четыре пары цифровых квадратурных компонент (К), соответствующих компонентам передаваемых радиосигналов. Затем формируют четыре пары цифровых квадратурных компонент посредством суммирования каждой из полученных К соответствующей пары. С использованием полученных таким образом цифровых квадратурных компонент формируют приведенные в способе параметры и по сформированным параметрам определяют временные задержки. Временные задержки передают в единый центр приема и обработки радиосигналов, где их корректируют, исключая известные в центре временные сдвиги, возникающие при приеме радиосигналов и их обработке на станциях. По скорректированным временным задержкам и при выполнении заданных в способе условий однозначно определяют относительные дальности до ФЦ антенны ИР от ФЦ антенн станций. И по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты ФЦ антенны ИР.An advantage of the proposed method for determining the coordinates of the FT antenna of the IR compared with the known methods is to provide an unambiguous determination of the spatial coordinates of the FT antenna of the IR. This is achieved by the fact that a radio signal in the form of four components, each of which is a harmonic oscillation with a given frequency, is generated and transmitted synchronously on the object. At each station, the radio signal transmitted from the object is synchronously quadrature received. Digital quadrature components (CKK) are formed in tact with the given sampling frequency and the number of ticks in a loop. Four pairs of digital quadrature components (K) corresponding to the components of the transmitted radio signals are formed from the generated CCCs. Then, four pairs of digital quadrature components are formed by summing each of the obtained K corresponding pairs. Using the thus obtained digital quadrature components, the parameters given in the method are formed and time delays are determined from the generated parameters. Time delays are transmitted to a single center for the reception and processing of radio signals, where they are corrected, excluding the time shifts known at the center that occur during the reception of radio signals and their processing at stations. Based on the adjusted time delays and when the conditions specified in the method are fulfilled, the relative distances to the FC antenna of the IR from the FC antenna of the stations are uniquely determined. And according to relative ranges, the spatial coordinates of the FT antenna of the IR are uniquely determined.

Для достижения указанного технического результата в соответствии с настоящим изобретением в способе определения по измеренным относительным дальностям координат источника радиоизлучения, находящегося на передающем радиосигналы объекте, в том числе подвижном, передаваемые им радиосигналы принимают системой, состоящей из n-тых упорядоченно пронумерованных наземных станций, где индекс n изменяется от 1 до N и N≥4, с известными в заданной трехмерной декартовой системе координатами фазовых центров их антенн, а на объекте синхронизировано формируют и передают радиосигнал в виде четырех компонент, каждая из которых является гармоническим колебанием с соответственно заданной частотой Fi=F0+(i-l)ΔF, где индекс i изменяется от 1 до 4, F0 - заданная частота, ΔF - заданный интервал между соседними i-тыми частотами, упомянутый радиосигнал синхронизировано квадратурно принимают на каждой наземной n-той станции, при этом либо осуществляют перенос его спектра посредством сдвига на частоту гетеродина, либо его не осуществляют, потактно с заданной частотой дискретизации dƒ на каждом j-ом такте, где индекс j изменяется от 0 до заданного в цикле количества тактов J, формируют соответствующие ему цифровые квадратурные компоненты In,j и

Figure 00000001
по сформированным цифровым квадратурным компонентам формируют четыре пары цифровых квадратурных компонент xIn,j,i и
Figure 00000002
соответствующих i-тым компонентам передаваемых радиосигналов, принимаемых на n-тых станциях, в соответствии с выражениями
Figure 00000003
To achieve the specified technical result in accordance with the present invention, in the method for determining from the measured relative distance the coordinates of the source of the radio emission located on the radio signal transmitting object, including the mobile one, the radio signals transmitted by it are received by a system consisting of n-th ordered numbered ground stations, where the index n varies from 1 to N and N≥4, with the coordinates of the phase centers of their antennas known in a given three-dimensional Cartesian system, and a radio signal in the form of four components, each of which is a harmonic oscillation with a correspondingly given frequency F i = F0 + (il) ΔF, where the index i varies from 1 to 4, F0 is the specified frequency, ΔF is the specified interval between adjacent i-th frequencies, the radio signal is synchronously quadrature received at each ground nth station, while either transferring it spectrum by shifting by the frequency of the local oscillator, or it is not carried out, tactfully with a given sampling frequency dƒ at each j-th clock, where the index j changes from 0 to the number of clock cycles J specified in the cycle, the corresponding digital quadrature components I n, j are formed and
Figure 00000001
four pairs of digital quadrature components xI n, j, i and
Figure 00000002
corresponding to the i-th components of the transmitted radio signals received at the n-th stations, in accordance with the expressions
Figure 00000003

где ICj,i=cos(2πjƒi/dƒ),

Figure 00000004
ƒi - соответственно, либо частоты, полученные из упомянутых частот Fi посредством сдвига на частоту гетеродина при указанном переносе спектра, либо частоты, равные Fi в противном случае, а
Figure 00000005
где s - заданное число, для сформированных таким образом четырех пар цифровых квадратурных компонент формируют путем суммирования каждой из полученных цифровых квадратурных компонент соответствующей пары четыре пары цифровых квадратурных компонент в соответствии с выражениемwhere IC j, i = cos (2πjƒ i / dƒ),
Figure 00000004
ƒ i , respectively, either the frequencies obtained from the mentioned frequencies F i by shifting by the local oscillator frequency for the indicated spectrum transfer, or frequencies equal to F i otherwise, and
Figure 00000005
where s is a given number, for the four pairs of digital quadrature components thus formed, four pairs of digital quadrature components are formed by summing each of the obtained digital quadrature components of the corresponding pair in accordance with the expression

Figure 00000006
Figure 00000006

для каждого принимаемого на «-той станции сигнала последовательно с использованием ранее сформированных цифровых квадратурных компонент формируют параметры

Figure 00000007
Figure 00000008
for each signal received at the "-th station, the parameters are formed sequentially using previously generated digital quadrature components
Figure 00000007
Figure 00000008

где sign(х) равно 0, если х=0, равно 1, если х>0, и равно -1, если х<0, по сформированным таким образом параметрам определяют временные задержки dtn в соответствии с выражениемwhere sign (x) is 0 if x = 0, equal to 1 if x> 0, and -1 if x <0, the time delays dt n are determined from the parameters thus formed in accordance with the expression

Figure 00000009
Figure 00000009

где atan2(x, y) равно величине угла (в радианах), образованного осью х и прямой, содержащей начало (0, 0) и точку (x, y), в интервале от -π до π, исключая (-π), передают значения dtn в единый центр приема и обработки радиосигналов по соответствующим n-тым линиям связи, в нем корректируют dtn, исключая из них известные в центре временные сдвиги, возникающие при приеме радиосигналов и их обработке на станциях, по скорректированным временным задержкам однозначно с учетом скорости распространения радиосигнала определяют относительные дальности до фазового центра антенны источника радиоизлучения от указанных фазовых центров антенн станций dn при условии, что расстояние между фазовыми центрами антенн станций для любой пары из N станций, отнесенное к скорости распространения радиосигнала и увеличенное на абсолютную величину разности известных в центре упомянутых временных сдвигов, не должно превышать значение периода Т, равного 1/ΔF, и по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты фазового центра антенны источника радиоизлучения, указанный цикл последовательных действий повторяют.where a tan2 (x, y) is equal to the angle (in radians) formed by the x axis and a straight line containing the beginning (0, 0) and point (x, y) in the range from -π to π, excluding (-π) transmit dt n values to a single center for receiving and processing radio signals via the corresponding n-th communication lines, adjust dt n in it , excluding from them the time shifts known at the center that occur when receiving radio signals and processing them at stations, unambiguously corrected time delays taking into account the propagation speed of the radio signal, the relative distances to the phase center of the antenna of the radio source from the indicated phase centers of the station antennas d n are determined, provided that the distance between the phase centers of the station antennas for any pair of N stations, referred to the propagation speed of the radio signal and increased by the absolute difference known in the center of the mentioned time shifts should not exceed the value of the period T equal to 1 / ΔF, and pr the spatial coordinates of the phase center of the antenna of the radio source, the specified sequence of sequential actions is repeated.

Совокупность всех признаков позволяет определить пространственные координаты ФЦ антенны ИР с достижением указанного технического результата.The combination of all the features allows you to determine the spatial coordinates of the FT antenna IR with the achievement of the specified technical result.

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

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

Источник радиоизлучения находится на передающем радиосигналы объекте, в том числе подвижном. Радиосигнал принимают системой, состоящей из n-тых упорядоченно пронумерованных наземных станций, где индекс n изменяется от 1 до N и N≥4, с известными в заданной трехмерной декартовой системе координатами ФЦ их антенн.The radiation source is located on the object transmitting the radio signals, including mobile. The radio signal is received by a system consisting of the n-th orderly numbered ground stations, where the index n varies from 1 to N and N≥4, with the coordinates of the FC of their antennas known in a given three-dimensional Cartesian system.

На объекте синхронизировано формируют и передают радиосигнал в виде четырех компонент, каждая из которых является гармоническим колебанием с соответственно заданной частотой Fi=F0+(i-1)ΔF, где индекс i изменяется от 1 до 4, F0 - заданная частота, ΔF - заданный интервал между соседними i-тыми частотами. Этот радиосигнал синхронизировано квадратурно принимают на каждой наземной n-той станции. При этом либо осуществляют перенос его спектра посредством сдвига на частоту гетеродина, либо его не осуществляют (в зависимости от располагаемой при реализации способа элементной базы и используемого частотного диапазона). Затем потактно с заданной частотой дискретизации dƒ на каждом j-том такте, где индекс j изменяется от 0 до заданного в цикле количества тактов J, формируют соответствующие ему цифровые квадратурные компоненты (ЦКК) In,j и

Figure 00000010
. По сформированным ЦКК формируют четыре пары квадратурных компонент xIn,j,i и
Figure 00000011
соответствующих i-тым компонентам передаваемых сигналов, принимаемых на n-тых станциях, в соответствии с выражениями (1), в которых р(j) - функция Гаусса с математическим ожиданием
Figure 00000012
и среднеквадратическим отклонением (СКО)
Figure 00000013
заданное число s позволяет изменять СКО. Для сформированных таким образом четырех пар цифровых квадратурных компонент формируют (путем суммирования по j каждой из полученных цифровых квадратурных компонент соответствующей пары) четыре пары цифровых квадратурных компонент в соответствии с выражением (2). Для каждого принимаемого на n-той станции радиосигнала последовательно с использованием ранее сформированных цифровых квадратурных компонент (2) формируют параметры (3). По сформированным таким образом параметрам (3) определяют временные задержки dtn в соответствии с выражением (4). Значения dtn передают в единый центр (ЕЦ) приема и обработки радиосигналов по соответствующим n-тым линиям связи (электрическим, оптическим и др.). В ЕЦ корректируют dtn, исключая из них известные в ЕЦ временные сдвиги, возникающие при приеме радиосигналов и их обработке на станциях. Если эти временные сдвиги одинаковые, то их можно не учитывать. По скорректированным временным задержкам однозначно с учетом скорости распространения радиосигнала определяют относительные дальности до ФЦ антенны ИР от указанных ФЦ антенн станций dn. При этом должно быть выполнено условие, что расстояние между ФЦ антенн станций для любой пары из N станций, отнесенное к скорости распространения радиосигнала и увеличенное на абсолютную величину разности известных в ЕЦ упомянутых временных сдвигов, не должно превышать значение периода Т, равного 1/ΔF. Далее по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты ФЦ антенны ИР. Указанный цикл (с количеством тактов J) последовательных действий повторяют.A radio signal in the form of four components is synchronously generated and transmitted at the object, each of which is a harmonic oscillation with a correspondingly given frequency F i = F0 + (i-1) ΔF, where index i varies from 1 to 4, F0 is the given frequency, ΔF is the given interval between adjacent i-th frequencies. This radio signal is synchronously quadrature received at each ground n-th station. In this case, either its spectrum is transferred by shifting to the local oscillator frequency, or it is not carried out (depending on the element base available in the implementation of the method and the frequency range used). Then, tactfully with a given sampling rate dƒ on each j-th measure, where the index j changes from 0 to the number of measures J specified in the cycle, the corresponding digital quadrature components (CCC) I n, j and
Figure 00000010
. Four pairs of quadrature components xI n, j, i and
Figure 00000011
corresponding to the ith components of the transmitted signals received at the nth stations, in accordance with expressions (1), in which p (j) is the Gaussian function with the mathematical expectation
Figure 00000012
and standard deviation (RMS)
Figure 00000013
a given number s allows you to change the standard deviation. For the four pairs of digital quadrature components thus formed, four pairs of digital quadrature components are formed (by summing over j of each of the obtained digital quadrature components of the corresponding pair) in accordance with expression (2). For each radio signal received at the nth station, the parameters (3) are formed sequentially using previously generated digital quadrature components (2). Using the parameters (3) thus formed, the time delays dt n are determined in accordance with expression (4). The values of dt n are transmitted to a single center (EC) for receiving and processing radio signals via the corresponding nth communication lines (electrical, optical, etc.). In the EC, dt n is corrected, excluding from them the time shifts known in the EC that occur during the reception of radio signals and their processing at stations. If these time shifts are the same, then they can be ignored. The adjusted time delays unambiguously taking into account the propagation speed of the radio signal determine the relative distances to the FC antenna IR from the specified FC antenna stations d n . In this case, the condition must be fulfilled that the distance between the FC antennas of stations for any pair of N stations, referred to the propagation speed of the radio signal and increased by the absolute value of the difference of the mentioned time shifts known in the EC, should not exceed the value of the period T equal to 1 / ΔF. Further, the spatial coordinates of the FC of the IR antenna are uniquely determined by relative ranges. The indicated cycle (with the number of measures J) of sequential actions is repeated.

В принципе, хотя это и не обязательно, значения величин ΔF, dƒ, J могут быть заданы таким образом, чтобы отношение продолжительности цикла, равной J/dƒ, к упомянутому периоду Т было целым числом. В этой ситуации определенные относительные задержки, например, для покоящегося объекта от цикла к циклу не будут изменяться во времени. Если это условие не выполняется, тогда каждая из относительных дальностей смещается на одну и ту же величину, что не влияет на точность определения координат по относительным дальностям. В принципе, можно после каждого цикла центрировать относительные дальности посредством исключения из каждой полученной в цикле относительной дальности среднего значения всех относительных дальностей, полученных в цикле, тогда относительные задержки, например, для покоящегося объекта также не будут изменяться во времени.In principle, although this is not necessary, the values of ΔF, dƒ, J can be set so that the ratio of the cycle duration equal to J / dƒ to the mentioned period T is an integer. In this situation, certain relative delays, for example, for a stationary object from cycle to cycle will not change in time. If this condition is not satisfied, then each of the relative ranges is shifted by the same amount, which does not affect the accuracy of determining the coordinates from the relative ranges. In principle, it is possible to center the relative ranges after each cycle by eliminating from each relative range obtained in the cycle the average of all the relative ranges obtained in the cycle, then the relative delays, for example, for a stationary object will also not change in time.

Представление квадратурных компонент в цифровом виде дает определенное преимущество при решении задачи за счет простоты ее программной реализации. Кроме того, входящие в выражение (1) параметры ICj,i,

Figure 00000014
и р(j) могут быть вычислены заранее по заданным значениям ƒi, dƒ и J, что вычислительно упрощает формирование соответствующих квадратур и существенно сокращает объем вычислений.Digital representation of quadrature components gives a certain advantage in solving the problem due to the simplicity of its software implementation. In addition, the parameters IC j, i , included in expression (1)
Figure 00000014
and p (j) can be calculated in advance from the given values of ƒ i , dƒ and J, which computationally simplifies the formation of the corresponding quadrature and significantly reduces the amount of computation.

В качестве метода определения пространственных координат ФЦ антенны ИР по измеренным относительным дальностям до него можно использовать любой из известных методов, например, из защищенных патентами RU (№№2530231, 2530239, 2530240, 2624463, 2640032) или из защищенных международными заявками в системе РСТ (WO/2015/012737, WO/2015/012733, WO/2015/012734) или из опубликованных в статьях автора (Алгоритм определения пространственных координат объекта по относительным дальностям до него // Нелинейный мир. 2015. №5. С. 38-41; Итерационный алгоритм определения пространственных координат объекта // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2016. Т. 14. №7. С. 64-69).As a method for determining the spatial coordinates of the FT antenna of an IR from measured relative distances to it, any of the known methods can be used, for example, from RU patents (No. 2530231, 2530239, 2530240, 2624463, 2640032) or protected by international applications in the PCT system ( WO / 2015/012737, WO / 2015/012733, WO / 2015/012734) or from those published in the author’s articles (Algorithm for determining the spatial coordinates of an object by relative distances to it // Non-linear World. 2015. No. 5. P. 38-41 ; An iterative algorithm for determining the spatial coordinates of an object // Information-measuring and control systems. 2016. V. 14. No. 7. P. 64-69).

Способ может найти применение для построения навигационно-посадочной системы. Перечислим основные достоинства способа:The method may find application for building a navigation and landing system. We list the main advantages of the method:

- обеспечивает однозначное определение пространственных координат ФЦ антенны ИР,- provides an unambiguous determination of the spatial coordinates of the FT antenna IR,

- между ИР и совокупностью принимающих станций не требуется общая синхронизация,- between the IR and the set of receiving stations does not require general synchronization,

- исключает влияние отраженных, например, от земли, сигналов,- eliminates the influence of reflected, for example, from the ground, signals,

- позволяет исключить случайные фазы гетеродина передатчика и гетеродинов приемников,- allows to exclude random phases of the transmitter local oscillator and receiver local oscillators,

- существенно упрощает прием и обработку радиосигналов,- greatly simplifies the reception and processing of radio signals,

- сигналы, заданные в аналитическом виде, проще формировать и преобразовывать, благодаря, в том числе, этому повышается точность измерений,- signals specified in an analytical form are easier to generate and convert, thanks to, among other things, this increases the accuracy of measurements,

- обеспечивает возможность производить измерения с использованием существующей элементной базы, программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) и микропроцессорной техники.- provides the ability to make measurements using the existing element base, programmable logic integrated circuits (FPGA) and microprocessor technology.

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

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

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

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

Claims (7)

Способ определения по измеренным относительным дальностям координат источника радиоизлучения, находящегося на передающем радиосигналы объекте, в том числе подвижном, при котором передаваемые им радиосигналы принимают системой, состоящей из n-х упорядоченно пронумерованных наземных станций, где индекс n изменяется от 1 до N≥4, с известными в заданной трехмерной декартовой системе координатами фазовых центров их антенн, а на объекте синхронизировано формируют и передают радиосигнал в виде четырех компонент, каждая из которых является гармоническим колебанием с соответственно заданной частотой Fi=F0+(i-1)ΔF, где индекс i изменяется от 1 до 4, F0 - заданная частота, ΔF - заданный интервал между соседними i-ми частотами, упомянутый радиосигнал синхронизировано квадратурно принимают на каждой наземной n-й станции, при этом либо осуществляют перенос его спектра посредством сдвига на частоту гетеродина, либо его не осуществляют, потактно с заданной частотой дискретизации dƒ на каждом j-м такте, где индекс j изменяется от 0 до заданного в цикле количества тактов J, формируют соответствующие ему цифровые квадратурные компоненты In,j и
Figure 00000015
по сформированным цифровым квадратурным компонентам формируют четыре пары цифровых квадратурных компонент xIn,j,i и xQn,j,i, соответствующих i-м компонентам передаваемых радиосигналов, принимаемых на n-х станциях, в соответствии с выражениями
A method for determining from the measured relative ranges of the coordinates of the source of radio emission located on the object transmitting the radio signals, including the mobile one, in which the transmitted radio signals are received by a system consisting of n-ordered numbered ground stations, where the index n varies from 1 to N≥4, with the coordinates of the phase centers of their antennas known in a given three-dimensional Cartesian system, and a radio signal in the form of four components, each of which is harmonic oscillation with a correspondingly set frequency F i = F0 + (i-1) ΔF, where index i varies from 1 to 4, F0 is the given frequency, ΔF is the specified interval between adjacent i-th frequencies, the mentioned radio signal is synchronously quadrature received at each ground n-th station, while either its spectrum is transferred by shifting to the local oscillator frequency, or are not carried out, tactfully with a given sampling rate dƒ on each jth so those where the index j changes from 0 to the number of measures J specified in the cycle form the corresponding digital quadrature components I n, j and
Figure 00000015
four pairs of digital quadrature components xI n, j, i and xQ n, j, i corresponding to the i-th components of the transmitted radio signals received at the n-th stations are formed from the generated digital quadrature components, in accordance with the expressions
Figure 00000016
Figure 00000016
где ICj,i=cos(2πjƒi/dƒ,
Figure 00000017
ƒi - соответственно, либо частоты, полученные из упомянутых частот Fi посредством сдвига на частоту гетеродина при указанном переносе спектра, либо частоты, равные Fi в противном случае, а
Figure 00000018
где s - заданное число, для сформированных таким образом четырех пар цифровых квадратурных компонент формируют путем суммирования каждой из полученных цифровых квадратурных компонент соответствующей пары четыре пары цифровых квадратурных компонент в соответствии с выражением
where IC j, i = cos (2πjƒ i / dƒ,
Figure 00000017
ƒ i , respectively, either the frequencies obtained from the mentioned frequencies F i by shifting by the local oscillator frequency for the indicated spectrum transfer, or frequencies equal to F i otherwise, and
Figure 00000018
where s is a given number, for the four pairs of digital quadrature components thus formed, four pairs of digital quadrature components are formed by summing each of the obtained digital quadrature components of the corresponding pair in accordance with the expression
Figure 00000019
Figure 00000019
для каждого принимаемого на n-й станции сигнала последовательно с использованием ранее сформированных цифровых квадратурных компонент формируют параметры
Figure 00000020
for each signal received at the nth station, the parameters are formed sequentially using previously generated digital quadrature components
Figure 00000020
Figure 00000021
Figure 00000021
где sign(x) равно 0, если х=0, равно 1, если х>0, и равно -1, если х<0, по сформированным таким образом параметрам определяют временные задержки dtn в соответствии с выражением
Figure 00000022
где atan 2 (х, у) равно величине угла (в радианах), образованного осью х и прямой, содержащей начало (0,0) и точку (х, у), в интервале от -π до π, исключая (-π), передают значения dtn в единый центр приема и обработки радиосигналов по соответствующим n-м линиям связи, в нем корректируют dtn, исключая из них известные в центре временные сдвиги, возникающие при приеме радиосигналов и их обработке на станциях, по скорректированным временным задержкам однозначно с учетом скорости распространения радиосигнала определяют относительные дальности до фазового центра антенны источника радиоизлучения от указанных фазовых центров антенн станций dn при условии, что расстояние между фазовыми центрами антенн станций для любой пары из N станций, отнесенное к скорости распространения радиосигнала и увеличенное на абсолютную величину разности известных в центре упомянутых временных сдвигов, не должно превышать значение периода Т, равного 1/ΔF, и по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты фазового центра антенны источника радиоизлучения, указанный цикл последовательных действий повторяют.
where sign (x) is 0 if x = 0, equal to 1 if x> 0, and -1 if x <0, the time delays dt n are determined from the parameters thus formed in accordance with the expression
Figure 00000022
where a tan 2 (x, y) is equal to the angle (in radians) formed by the x axis and a straight line containing the beginning (0,0) and point (x, y) in the range from -π to π, excluding (-π ), transmit dt n values to a single center for receiving and processing radio signals on the corresponding n-th communication lines, dt n are corrected in it, excluding from them the time shifts that are known in the center that arise when receiving radio signals and processing them at stations, according to the adjusted time delays unambiguously taking into account the propagation speed of the radio signal, the relative distances to the phase center of the antenna of the source of radio emission from the indicated phase centers of the antenna of the stations d n are determined, provided that the distance between the phase centers of the antenna of the stations for any pair of N stations, referred to the propagation speed of the radio signal and increased by the absolute value the difference of the above-mentioned time shifts known in the center should not exceed the value of the period T equal to 1 / ΔF, and the relative distances are uniquely determined strange coordinates of the phase center of the antenna of the source of radio emission, the specified cycle of sequential actions is repeated.
RU2019144135A 2019-12-26 2019-12-26 Method of determining, based on measured relative ranges of coordinates of a radio-frequency source RU2722617C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144135A RU2722617C1 (en) 2019-12-26 2019-12-26 Method of determining, based on measured relative ranges of coordinates of a radio-frequency source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144135A RU2722617C1 (en) 2019-12-26 2019-12-26 Method of determining, based on measured relative ranges of coordinates of a radio-frequency source

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2722617C1 true RU2722617C1 (en) 2020-06-02

Family

ID=71067363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019144135A RU2722617C1 (en) 2019-12-26 2019-12-26 Method of determining, based on measured relative ranges of coordinates of a radio-frequency source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2722617C1 (en)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998029756A1 (en) * 1997-01-02 1998-07-09 Raytheon Company Digital direction finding receiver
US7002510B1 (en) * 1987-01-28 2006-02-21 Raytheon Company Method and apparatus for air-to-air aircraft ranging
JP2009229393A (en) * 2008-03-25 2009-10-08 Fujitsu Ltd Radio determination system and radio determination method
US8862157B2 (en) * 2009-04-10 2014-10-14 Lg Electronics Inc. Method for determining position of user equipment and apparatus for performing same in wireless mobile communication system
RU2594759C1 (en) * 2015-10-28 2016-08-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Method and device for determining coordinates of a radio emission
RU2646595C1 (en) * 2017-07-25 2018-03-06 Общество с ограниченной ответственностью "НРТБ-Система" (ООО "НРТБ-С") Method for determining coordinates of radio source
RU2647496C1 (en) * 2017-07-25 2018-03-16 Общество с ограниченной ответственностью "НРТБ-Система" (ООО "НРТБ-С") Method of the object coordinates determining
RU2649411C1 (en) * 2016-12-21 2018-04-03 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) Method of measurement of the aircraft flight parameters in the phase goniometrical and distance-measuring systems and the device for the implementation of this method
RU2695807C1 (en) * 2019-01-23 2019-07-29 Акционерное общество "Национальное Радио Техническое Бюро" (АО "НРТБ") Method of determining coordinates of a moving object along ranges

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7002510B1 (en) * 1987-01-28 2006-02-21 Raytheon Company Method and apparatus for air-to-air aircraft ranging
WO1998029756A1 (en) * 1997-01-02 1998-07-09 Raytheon Company Digital direction finding receiver
JP2009229393A (en) * 2008-03-25 2009-10-08 Fujitsu Ltd Radio determination system and radio determination method
US8862157B2 (en) * 2009-04-10 2014-10-14 Lg Electronics Inc. Method for determining position of user equipment and apparatus for performing same in wireless mobile communication system
RU2594759C1 (en) * 2015-10-28 2016-08-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Method and device for determining coordinates of a radio emission
RU2649411C1 (en) * 2016-12-21 2018-04-03 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) Method of measurement of the aircraft flight parameters in the phase goniometrical and distance-measuring systems and the device for the implementation of this method
RU2646595C1 (en) * 2017-07-25 2018-03-06 Общество с ограниченной ответственностью "НРТБ-Система" (ООО "НРТБ-С") Method for determining coordinates of radio source
RU2647496C1 (en) * 2017-07-25 2018-03-16 Общество с ограниченной ответственностью "НРТБ-Система" (ООО "НРТБ-С") Method of the object coordinates determining
RU2695807C1 (en) * 2019-01-23 2019-07-29 Акционерное общество "Национальное Радио Техническое Бюро" (АО "НРТБ") Method of determining coordinates of a moving object along ranges

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2718593C1 (en) Method of determining, based on measured relative distances of coordinates of an object
RU2723986C1 (en) Method of determining, coordinates of an object based on measured relative distances
Zand et al. A high-accuracy phase-based ranging solution with Bluetooth Low Energy (BLE)
US20170322294A1 (en) System and method for enhanced point-to-point direction finding
RU2695807C1 (en) Method of determining coordinates of a moving object along ranges
RU2624457C1 (en) Method of determining coordinates of object
RU2647496C1 (en) Method of the object coordinates determining
US20210215812A1 (en) Electronic device and method for low power rf ranging
JPWO2012007985A1 (en) Distance measuring device and distance measuring method
US11555881B2 (en) Locating method for localizing at least one object using wave-based signals and locating system
CN108919323A (en) A kind of distance measuring method, system, electronic equipment and readable storage medium storing program for executing
RU2646595C1 (en) Method for determining coordinates of radio source
RU2579983C1 (en) Method of transmitting radio signals
RU2742925C1 (en) Method for determination of relative ranges from a radio source
RU2722617C1 (en) Method of determining, based on measured relative ranges of coordinates of a radio-frequency source
RU2578750C1 (en) Method of transmitting radio signals
RU2718618C1 (en) Method of determining, based on measured relative ranges of coordinates of a radio-frequency source
RU2533202C2 (en) Method and system for positioning of mobile terminal inside buildings based on glonass-type signal
RU2617448C1 (en) Object coordinates determination method
RU2602432C1 (en) Broadband phase-differential local radio navigation system
RU2743573C1 (en) Method for determining relative distances to facility
RU2743665C1 (en) Method for determining relative range from radio signal source
Panta et al. Distance Variation Monitoring with Wireless Two-way Interferometry (Wi-Wi).
RU2638572C1 (en) Method of determining coordinates of object
RU2640032C1 (en) Method for determining coordinates of radio emission source