RU2723986C1 - Method of determining, coordinates of an object based on measured relative distances - Google Patents

Method of determining, coordinates of an object based on measured relative distances Download PDF

Info

Publication number
RU2723986C1
RU2723986C1 RU2019144137A RU2019144137A RU2723986C1 RU 2723986 C1 RU2723986 C1 RU 2723986C1 RU 2019144137 A RU2019144137 A RU 2019144137A RU 2019144137 A RU2019144137 A RU 2019144137A RU 2723986 C1 RU2723986 C1 RU 2723986C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radio signals
radio
digital quadrature
components
quadrature components
Prior art date
Application number
RU2019144137A
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 RU2019144137A priority Critical patent/RU2723986C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2723986C1 publication Critical patent/RU2723986C1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G01S13/48—Indirect determination of position data using multiple beams at emission or reception
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524—Discriminating 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
    • G01S13/5242—Discriminating 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/06—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/292—Extracting wanted echo-signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating 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)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (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 an object, including a mobile one. At each station, a radio signal is synchronously transmitted in the form of four components, each of which is a harmonic oscillation with a given frequency. Set of radio signals transmitted by stations is received quadrature on the object. Digital quadrature components (DQC) corresponding to the received set of radio signals are generated step-by-step at preset sampling rate and number of strokes in the cycle. Next four pairs (DQC) corresponding to the components of the transmitted radio signals are step-by-step formed by the formed DQC in a pre-set manner. Then, four DQC pairs are formed of them by summation of each obtained quadrature component of the corresponding pair. Using the DQC thus obtained, the parameters given in the method are formed and time delay is determined from the formed parameters, from which time shifts occurring during the formation of radio signals at stations are eliminated. Corrected time delays and when the conditions specified in the method are met, the relative distances to the phase center (PC) of the object antenna from the station PC antennas are uniquely determined. Spatial coordinates of the object PC of the object are uniquely determined from relative distances. Method enables to exclude the effect of radio signals, for example, reflected from ground, and random phases of heterodynes of transmitters and a receiver. No synchronization is required between the object and set of transmitted stations.EFFECT: unambiguous determination of object SC.1 cl

Description

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано для определения пространственных координат (ПК) фазового центра (ФЦ) антенны объекта, в том числе, подвижного, и управления его движением в зоне навигации. На каждой станции системы стационарных наземных станций с заданными координатами ФЦ их антенн осуществляют передачу радиосигнала. Совокупность переданных станциями радиосигналов принимают на объекте, обрабатывают предложенным способом и определяют пространственные координаты ФЦ антенны объекта по измеренным относительным дальностям. Реализация способа позволит, в том числе, упростить соответствующие системы позиционирования, обеспечить точность и однозначность измерения координат ФЦ антенны объекта.The invention relates to radio navigation and can be used to determine the spatial coordinates (PC) of the phase center (FC) of an object’s antenna, including a moving one, and to control its movement in the navigation zone. At each station, systems of stationary ground stations with the given coordinates of the FC of their antennas transmit a radio signal. The totality of the radio signals transmitted by the stations is received at the object, processed by the proposed method, and the spatial coordinates of the object’s FC antenna are determined 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 object’s FC antenna.

Известны способы определения координат объекта, 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, пп. 7.1-7.4, гл. 10; Мельников Ю.П., Попов С.В. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения. - М.; «Радиотехника», 2008, гл. 5; 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 an object, 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 radio signal parameters (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, 269 261, 269, 269, 269, 269, 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. Krinetsky et al. Edited by E.I. Krinetskii. - 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, paragraphs 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. five; Kinkulkin I.E. et al. Phase method for determining coordinates. - M .: Sov. 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 radio objects transmitting and receiving radio signals, do not take into account the effect on the result of reflection of radio waves, for example, from lands, do not exclude random phases of local oscillators, have insufficient speed and accuracy.

По критерию минимальной достаточности наиболее близким является способ определения координат объекта по патенту RU №2647496. Преимуществом заявляемого способа определения координат ФЦ антенны объекта по сравнению с известными способами является обеспечение однозначного определения пространственных координат ФЦ антенны объекта. Это достигается тем, что на каждой станции наземной системы, состоящей из n-х упорядоченно пронумерованных наземных станций, где индекс n изменяется от 1 до N и N≥4, с известными на объекте в заданной трехмерной декартовой системе координатами фазовых центров их антенн, синхронизировано осуществляют передачу n-того радиосигнала в виде четырех компонент, каждая из которых является гармоническим колебанием с соответственно заданной и известной на объекте частотой Fn,i=F0n+(i-1)ΔF, где индекс i изменяется от 1 до 4, F0n - заданные частоты, ΔF - заданный интервал между соседними i-ми частотами n-го радиосигнала, с известными на объекте для каждого n-того радиосигнала временными сдвигами, возникающими при формировании радиосигналов, при условии, что расстояние между фазовыми центрами антенн для любой пары из N станций, отнесенное к скорости распространения радиосигналов и увеличенное на абсолютную величину разности указанных временных сдвигов не должно превышать периода Т, равного 1/ΔF, а на объекте квадратурно принимают совокупность N радиосигналов, при этом либо осуществляют перенос их спектров посредством сдвига на частоту гетеродина, либо его не осуществляют, 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 принятой совокупности радиосигналов цифровые квадратурные компоненты Ij и Qj, по сформированным цифровым квадратурным компонентам формируют четыре пары цифровых квадратурных компонент xIn,j,i и xQn,j,i, соответствующих i-м компонентам передаваемых n-тых радиосигналов, в соответствии с выражениямиAccording to the criterion of minimum sufficiency, the closest is the method of determining the coordinates of the object according to patent RU No. 2647496. An advantage of the proposed method for determining the coordinates of the FC antenna of an object compared to known methods is to provide an unambiguous determination of the spatial coordinates of the FC antenna of an object. This is achieved by the fact that at each station of the ground-based system, consisting of n-ordered numbered ground-based stations, where the index n varies from 1 to N and N≥4, with the coordinates of the phase centers of their antennas known on the object in a given three-dimensional Cartesian system, it is synchronized transmit the n-th radio signal in the form of four components, each of which is a harmonic oscillation with a frequency F n, i = F0 n + (i-1) ΔF, respectively, defined and known on the object, where the index i varies from 1 to 4, F0 n are the given frequencies, ΔF is the specified interval between the adjacent ith frequencies of the n-th radio signal, with the time shifts known at the object for each n-th radio signal that occur during the formation of the radio signals, provided that the distance between the antenna phase centers for any pair of N stations, referred to the propagation speed of radio signals and increased by the absolute value of the difference of the indicated time shifts should not exceed a period T equal to 1 / ΔF , and the set of N radio signals is quadrature taken at the object, while either their spectra are transferred by shifting to the local oscillator frequency, or they are not carried out, tactfully with a given sampling frequency dƒ at each j-th clock, where the index j changes from 0 to the specified the cycle of the number of clock cycles J, digital quadrature components I j and Q j corresponding to the received set of radio signals are generated, four pairs of digital quadrature components xI n, j, i and xQ n, j, i corresponding to the i-th components transmitted are generated from the generated digital quadrature components n-th radio signals, in accordance with the expressions

Figure 00000001
Figure 00000001

где ICn,j,i=cos(2πjƒn,i/dƒ), QSn,j,i=sin(2πjƒn,i/dƒ), ƒn,i - соответственно, либо частоты, полученные из упомянутых частот Fn,i посредством сдвига на частоту гетеродина при указанном переносе спектра, либо частоты, равные Fn,i в противном случае, а

Figure 00000002
, где s - заданное число, для сформированных таким образом четырех пар цифровых квадратурных компонент, соответствующих n-м радиосигналам, формируют путем суммирования каждой из полученных цифровых квадратурных компонент соответствующей пары четыре пары цифровых квадратурных компонент в соответствии с выражениемwhere IC n, j, i = cos (2πjƒ n, i / dƒ), QS n, j, i = sin (2πjƒ n, i / dƒ), ƒ n, i are, respectively, or the frequencies obtained from the mentioned frequencies F n, i by shifting by the local oscillator frequency for the indicated spectrum transfer, or frequencies equal to F n, i otherwise, and
Figure 00000002
, where s is a given number, for four pairs of digital quadrature components thus formed corresponding to the nth radio signals, 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 00000003
Figure 00000003

последовательно с использованием ранее сформированных цифровых квадратурных компонент формируют параметры, соответствующие n-м передаваемым радиосигналам

Figure 00000004
Figure 00000005
sequentially using the previously generated digital quadrature components to form the parameters corresponding to the n-th transmitted radio signals
Figure 00000004
Figure 00000005

где sign(х) равно 0, если х=0, равно 1, если х>0, и равно -1, если х<0,where sign (x) is 0 if x = 0, equal to 1 if x> 0, and -1 if x <0,

по сформированным таким образом параметрам определяют временные задержки dtn в соответствии с выражениемthe time delays dt n are determined from the parameters thus formed in accordance with the expression

Figure 00000006
Figure 00000006

где atan2(x,y) 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), корректируют dtn, исключая из них упомянутые временные сдвиги, по скорректированным временным задержкам однозначно с учетом скорости распространения радиосигнала определяют относительные дальности до фазового центра антенны объекта от указанных фазовых центров антенн станций dn и по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты фазового центра антенны объекта, указанный цикл последовательных действий повторяют.where atan 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 interval from -π to π, excluding (-π) correct dt n , excluding the mentioned time shifts, from the adjusted time delays unambiguously taking into account the propagation speed of the radio signal, determine the relative distances to the phase center of the object antenna from the indicated phase centers of the station antennas d n and uniquely determine the spatial coordinates of the phase center of the object antenna from relative distances , the specified cycle of sequential actions is repeated.

Совокупность всех признаков позволяет определить пространственные координаты ФЦ антенны объекта с достижением указанного технического результата.The combination of all the features allows you to determine the spatial coordinates of the FC antenna of the object 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 indicated set of features. The invention is described in more detail below.

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

На каждой станции наземной системы, состоящей из n-х упорядочение пронумерованных наземных станций, где индекс n изменяется от 1 до N и N≥4, с известными на объекте в заданной трехмерной декартовой системе координатами ФЦ их антенн, синхронизировано осуществляют передачу n-того радиосигнала в виде четырех компонент. Каждая компонента является гармоническим колебанием с соответственно заданной и известной на объекте частотой Fn,i=F0n+(i-1)ΔF, где индекс i изменяется от 1 до 4, F0n- заданные частоты, ΔF - заданный интервал между соседними i-ми частотами n-того радиосигнала. На объекте известны для каждого n-того радиосигнала временные сдвиги, возникающие при формировании радиосигналов. Также должно быть выполнено условие, что расстояние между фазовыми центрами антенн для любой пары из N станций, отнесенное к скорости распространения радиосигналов и увеличенное на абсолютную величину разности указанных временных сдвигов не должно превышать периода Т, равного 1/ΔF.At each station of the ground-based system, consisting of n-ordering of numbered ground-based stations, where the index n varies from 1 to N and N≥4, with the coordinates of the FC of their antennas known at the object in a given three-dimensional Cartesian system, the nth radio signal is transmitted synchronously in the form of four components. Each component is a harmonic oscillation with a frequency F n, i = F0 n + (i-1) ΔF, respectively, given and known on the object, where the index i varies from 1 to 4, F0 n are the given frequencies, ΔF is the given interval between neighboring i -th frequencies of the n-th radio signal. For the nth radio signal, time shifts occurring during the formation of radio signals are known at the facility. The condition must also be fulfilled that the distance between the phase centers of the antennas for any pair of N stations, referred to the propagation velocity of the radio signals and increased by the absolute value of the difference of the indicated time shifts, should not exceed the period T equal to 1 / ΔF.

На объекте квадратурно принимают совокупность N радиосигналов, при этом либо осуществляют перенос их спектров 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-м такте, где индекс j изменяется от 0 до заданного в цикле количества тактов J, формируют соответствующие принятой совокупности радиосигналов цифровые квадратурные компоненты (ЦКК) Ij и Qj. По сформированным ЦКК формируют четыре пары цифровых квадратурных компонент xIn,j,i и xQn,j,i, соответствующих i-м компонентам передаваемых n-х радиосигналов, принимаемых на объекте, в соответствии с выражениями (1), в которых р(j) - функция Гаусса с математическим ожиданием

Figure 00000007
и среднеквадратическим отклонением (СКО)
Figure 00000008
заданное число s позволяет изменять СКО.At the facility, a set of N radio signals is received quadrature, while either transferring their spectra by shifting to the local oscillator frequency or not (depending on the element base available and the frequency range used). Then, tactfully with a given sampling frequency dƒ at each jth measure, where the index j changes from 0 to the number of measures J specified in the cycle, the digital quadrature components (CCK) I j and Q j corresponding to the received set of radio signals are formed. Four pairs of digital quadrature components xI n, j, i and xQ n, j, i corresponding to the ith components of the transmitted n-th radio signals received at the object are formed according to the expressions (1) in which p ( j) is the Gaussian function with mathematical expectation
Figure 00000007
and standard deviation (RMS)
Figure 00000008
a given number s allows you to change the standard deviation.

Для сформированных таким образом четырех пар цифровых квадратурных компонент, соответствующих n-м радиосигналам, формируют (путем суммирования по j каждой из полученных цифровых квадратурных компонент соответствующей пары) четыре пары цифровых квадратурных компонент в соответствии с выражением (2). Затем последовательно с использованием сформированных цифровых квадратурных компонент (2) формируют параметры (3), соответствующие n-м передаваемым радиосигналам.For the four pairs of digital quadrature components thus formed corresponding to the nth radio signals, 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). Then, sequentially using the generated digital quadrature components (2), parameters (3) are generated corresponding to the nth transmitted radio signals.

По сформированным таким образом параметрам (3) определяют временные задержки dtn в соответствии с выражением (4).Using the parameters (3) thus formed, the time delays dt n are determined in accordance with expression (4).

Значения dtn корректируют, исключая из них упомянутые временные сдвиги. 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 объекта от указанных ФЦ антенн станций dn. Далее по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты ФЦ антенны объекта. Указанный цикл (с количеством тактов J) последовательных действий повторяют.The dt n values are corrected to exclude the mentioned time shifts. 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 object’s FC antenna from the specified FC station antennas d n . Further, the spatial coordinates of the object’s FC 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.Digital representation of quadrature components gives a certain advantage in solving the problem due to the simplicity of its software implementation.

Кроме того, входящие в выражение (1) параметры IСn,j,i, QSn,j,i и р(j) могут быть вычислены заранее по заданным значениям ƒn,j, dƒ и J, что вычислительно упрощает формирование соответствующих квадратур и существенно сокращает объем вычислений.In addition, the parameters IC n, j, i , QS n, j, i, and p (j) included in expression (1) can be calculated in advance from the given values of ƒ n, j , 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 объекта по измеренным относительным дальностям до него можно использовать любой из известных методов, например, из защищенных патентами RU (№№2530232, 2530241, 2624461, 2647496) или из защищенных международными заявками в системе РСТ (WO/2015/012738, WO/2015/012735) 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 FC antenna of an object from measured relative distances to it, you can use any of the known methods, for example, those protected by RU patents (No. 2530232, 2530241, 2624461, 2647496) or protected by international applications in the PCT system (WO / 2015/012738, WO / 2015/012735) or from an author published in articles (Algorithm for determining the spatial coordinates of an object by relative distances to it // Nonlinear World. 2015. No. 5. P. 38-41; Iterative algorithm for determining the spatial coordinates of an object / / Information-measuring and control systems. 2016. T. 14. No. 7. P. 64-69).

Способ может найти применение для построения навигационно-посадочной системы.The method may find application for building a navigation and landing system.

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

- обеспечивает однозначное определение пространственных координат ФЦ антенны объекта,- provides an unambiguous determination of the spatial coordinates of the FC antenna of the object,

- между объектом и совокупностью передающих станций не требуется общая синхронизация,- between the object and the set of transmitting 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 гетеродинов передатчиков и гетеродина приемника,- allows you to exclude random phases of the local oscillators of the transmitters and the local oscillator of the receiver,

- 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,

- позволяет осуществлять одновременные измерения на большом количестве объектов.- allows simultaneous measurements on a large number of objects.

Результативность и эффективность использования заявляемого способа состоит в том, что он может быть применен на практике для развития и совершенствования радиотехнических систем определения координат объекта, а также 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 the object, as well as 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 inventive method provides the appearance 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». Таким образом, заявленное изобретение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень», а также критерию «промышленная применимость».Also, the popularity of the effect provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the specified result is not revealed. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "inventive step". Thus, the claimed invention meets the criteria of "novelty" and "inventive step", as well as the criterion of "industrial applicability".

Claims (14)

Способ определения по измеренным относительным дальностям координат объекта, в том числе подвижного, при котором на каждой станции наземной системы, состоящей из n-х упорядоченно пронумерованных наземных станций, где индекс n изменяется от 1 до N и N≥4, с известными на объекте в заданной трехмерной декартовой системе координатами фазовых центров их антенн, синхронизированно осуществляют передачу n-го радиосигнала в виде четырех компонент, каждая из которых является гармоническим колебанием с соответственно заданной и известной на объекте частотой Fn,i=F0n+(i-1)ΔF, где индекс i изменяется от 1 до 4, F0n - заданные частоты, ΔF - заданный интервал между соседними i-ми частотами n-го радиосигнала, с известными на объекте для каждого n-го радиосигнала временными сдвигами, возникающими при формировании радиосигналов, при условии, что расстояние между фазовыми центрами антенн для любой пары из N станций, отнесенное к скорости распространения радиосигналов и увеличенное на абсолютную величину разности указанных временных сдвигов не должно превышать периода Т, равного 1/ΔF, а на объекте квадратурно принимают совокупность N радиосигналов, при этом либо осуществляют перенос их спектров 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 принятой совокупности радиосигналов цифровые квадратурные компоненты Ij и Qj, по сформированным цифровым квадратурным компонентам формируют четыре пары цифровых квадратурных компонент xIn,j,i и xQn,j,i, соответствующих i-м компонентам передаваемых n-х радиосигналов, в соответствии с выражениямиThe method of determining the measured relative ranges of the coordinates of the object, including the mobile one, in which at each station of the ground system, consisting of n-ordered numbered ground stations, where the index n varies from 1 to N and N≥4, with known at the object given a three-dimensional Cartesian system with the coordinates of the phase centers of their antennas, synchronously transmit the nth radio signal in the form of four components, each of which is a harmonic oscillation with a frequency F n, i = F0 n + (i-1) ΔF , where the index i varies from 1 to 4, F0 n are the given frequencies, ΔF is the specified interval between adjacent i-th frequencies of the n-th radio signal, with the time shifts known at the object for each n-th radio signal that occur during the formation of radio signals, provided that the distance between the phase centers of the antennas for any pair of N stations, referred to the propagation velocity of the radio signals and increased by an absolute the difference in the indicated time shifts should not exceed the period T equal to 1 / ΔF, and the set of N radio signals is quadrature taken at the object, while either their spectra are transferred by shifting to the local oscillator frequency or they are not carried out, tactfully with a given sampling frequency dƒ by for each jth measure, where the index j changes from 0 to the number of measures J specified in the cycle, digital quadrature components I j and Q j corresponding to the received set of radio signals are formed, four pairs of digital quadrature components xI n, j are formed from the generated digital quadrature components , i and xQ n, j, i corresponding to the i-th components of the transmitted n-th radio signals, in accordance with the expressions xIn,j,i=(IjICn,j,i+QjQSn.j.i)p(j),xI n, j, i = (I j IC n, j, i + Q j QS nji ) p (j), xQn,j,i=(QjICn,j,i-IjQSn,j,i)p(j),xQ n, j, i = (Q j IC n, j, i -I j QS n, j, i ) p (j), где ICn,j,i=cos(2πjƒn,i/dƒ), Qsn,j,i=sin(2πjƒn,i/dƒ), ƒn,i - соответственно, либо частоты, полученные из упомянутых частот Fn,i - посредством сдвига на частоту гетеродина при указанном переносе спектра, либо частоты, равные Fn,i в противном случае, а
Figure 00000009
где s - заданное число, для сформированных таким образом четырех пар цифровых квадратурных компонент, соответствующих n-м радиосигналам, формируют путем суммирования каждой из полученных цифровых квадратурных компонент соответствующей пары четыре пары цифровых квадратурных компонент в соответствии с выражениемwhere is ICn, j, i= cos (2πjƒn, i/ dƒ), Qsn, j, i= sin (2πjƒn, i/ dƒ), ƒn, i - respectively, or frequencies obtained from the mentioned frequencies Fn, i - by shifting by the local oscillator frequency at the indicated spectrum transfer, or frequencies equal to Fn, i otherwise as well
Figure 00000009
where s is a given number, for the four pairs of digital quadrature components thus formed corresponding to the nth radio signals, 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 00000010
Figure 00000010
 последовательно с использованием ранее сформированных цифровых квадратурных компонент формируют параметры, соответствующие n-м передаваемым радиосигналам
Figure 00000011
Figure 00000012
sequentially using the previously generated digital quadrature components to form the parameters corresponding to the n-th transmitted radio signals
Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000015
Figure 00000016
Figure 00000016
Figure 00000017
Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000018
Figure 00000019
где sign(x) равно 0, если x=0, равно 1, если x>0, и равно -1, если х<0, по сформированным таким образом параметрам определяют временные задержки dtn в соответствии с выражением
Figure 00000019
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 00000020
, где atan2(x,y) 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), корректируют dtn, исключая из них упомянутые временные сдвиги, по скорректированным временным задержкам однозначно с учетом скорости распространения радиосигнала определяют относительные дальности до фазового центра антенны объекта от указанных фазовых центров антенн станций dn и по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты фазового центра антенны объекта, указанный цикл последовательных действий повторяют.
Figure 00000020
, where atan 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 ), correct dt n , excluding the mentioned time shifts, from the corrected time delays unambiguously taking into account the propagation speed of the radio signal, determine the relative distances to the phase center of the antenna of the object from the indicated phase centers of the station antennas d n and uniquely determine the spatial coordinates of the phase center of the antenna from the relative distances object, the specified sequence of sequential actions is repeated.
RU2019144137A 2019-12-26 2019-12-26 Method of determining, coordinates of an object based on measured relative distances RU2723986C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144137A RU2723986C1 (en) 2019-12-26 2019-12-26 Method of determining, coordinates of an object based on measured relative distances

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144137A RU2723986C1 (en) 2019-12-26 2019-12-26 Method of determining, coordinates of an object based on measured relative distances

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2723986C1 true RU2723986C1 (en) 2020-06-18

Family

ID=71095962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019144137A RU2723986C1 (en) 2019-12-26 2019-12-26 Method of determining, coordinates of an object based on measured relative distances

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2723986C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2742925C1 (en) * 2020-10-22 2021-02-11 Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") Method for determination of relative ranges from a radio source
RU2743573C1 (en) * 2020-08-17 2021-02-20 Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") Method for determining relative distances to facility
RU2743665C1 (en) * 2020-08-17 2021-02-24 Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") Method for determining relative range from radio signal source
RU2746264C1 (en) * 2020-10-22 2021-04-12 Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") Method for determining relative distances to object

Citations (8)

* 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
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 (8)

* 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
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

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2743573C1 (en) * 2020-08-17 2021-02-20 Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") Method for determining relative distances to facility
RU2743665C1 (en) * 2020-08-17 2021-02-24 Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") Method for determining relative range from radio signal source
RU2742925C1 (en) * 2020-10-22 2021-02-11 Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") Method for determination of relative ranges from a radio source
RU2746264C1 (en) * 2020-10-22 2021-04-12 Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") Method for determining relative distances to object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2723986C1 (en) Method of determining, coordinates of an object based on measured relative distances
RU2718593C1 (en) Method of determining, based on measured relative distances of coordinates of an object
EP1082621B1 (en) System and method for distance measurement by inphase and quadrature signals in a radio system
RU2624461C1 (en) Method of determining coordinates of object
US9857452B2 (en) Method for locating and positioning using broadcast FM signals and phase difference computation technique
RU2695807C1 (en) Method of determining coordinates of a moving object along ranges
RU2647496C1 (en) Method of the object coordinates determining
RU2624457C1 (en) Method of determining coordinates of object
RU2248584C2 (en) Method for location of source of radio-frequency radiations
US3659292A (en) Binary coded sequential acquisition ranging system
CN105785385A (en) Laser ranging method and device based on synchronous sampling and multiple phase measurement
RU2553272C1 (en) Method of measuring range and radial velocity in radar station with probing composite pseudorandom chirp pulse
CN101986724B (en) The localization method of noncooperative target in passive location system based on cellular mobile base stations
RU2646595C1 (en) Method for determining coordinates of radio source
RU2516432C2 (en) Method of locating radio-frequency source
RU2579983C1 (en) Method of transmitting radio signals
RU2742925C1 (en) Method for determination of relative ranges from a radio source
RU2525343C1 (en) Method for simultaneous determination of six motion parameters of spacecraft when making trajectory measurements and system for realising said method
RU2578750C1 (en) Method of transmitting radio signals
RU2722617C1 (en) Method of determining, based on measured relative ranges of coordinates of a radio-frequency source
RU2602432C1 (en) Broadband phase-differential local radio navigation system
RU2718618C1 (en) Method of determining, based on measured relative ranges of coordinates of a radio-frequency source
RU2617448C1 (en) Object coordinates determination method
RU2486540C1 (en) Simulator of false radar target during linear frequency-modulated signal probing
RU2743573C1 (en) Method for determining relative distances to facility