RU2741072C1 - Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal dipole antenna system - Google Patents
Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal dipole antenna system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2741072C1 RU2741072C1 RU2020125594A RU2020125594A RU2741072C1 RU 2741072 C1 RU2741072 C1 RU 2741072C1 RU 2020125594 A RU2020125594 A RU 2020125594A RU 2020125594 A RU2020125594 A RU 2020125594A RU 2741072 C1 RU2741072 C1 RU 2741072C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iri
- coordinates
- aircraft
- radio
- rfs
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
- G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
- G01R29/0878—Sensors; antennas; probes; detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
- G01S1/02—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using radio waves
- G01S1/08—Systems for determining direction or position line
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/04—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиомониторинга при решении задачи скрытного определения координат источников радиоизлучений (ИРИ), в частности для определения координат ИРИ с борта летательного аппарата (ЛА).The invention relates to radio engineering and can be used in radio monitoring systems when solving the problem of covert determination of the coordinates of radio emission sources (IRI), in particular, to determine the coordinates of IRI from the board of an aircraft.
Известен способ определения местоположения пользовательского терминала с использованием двух спутников-ретрансляторов (CP) [1]. Указанный способ заключается в том, что на основе измерений временных задержек и частотных сдвигов между переданными и принятыми тестовыми сигналами системы, с учетом известных координат первого и второго спутников-ретрансляторов CP1, СР2, векторов их скоростей координат узла межсетевого сопряжения (УМС) и предварительно заданных частот конвертирования ƒг1, ƒг2 рабочих частот CP1, СР2, вычисляют широту ϕПТ и долготу λПТ пользовательского терминала (ПТ).A known method for determining the location of a user terminal using two repeater satellites (CP) [1]. This method consists in the fact that, based on measurements of time delays and frequency shifts between the transmitted and received test signals of the system, taking into account the known coordinates of the first and second satellites-repeaters CP 1 , CP 2 , vectors of their velocities coordinate gateway node (YMC) and the predetermined conversion frequency ƒg 1, 2 ƒg working frequency CP1, CP2, calculated latitude φ and longitude λ PT PT user terminal (UT).
Для реализации указанного известного способа выполняют следующие этапы:To implement this known method, the following steps are performed:
определяют расстояние между первым CP1 и ПТ;determine the distance between the first CP 1 and PT;
определяют расстояние между вторым СР2 и ПТ;determine the distance between the second CP 2 and FRI;
измеряют модуль азимут αПТ вектора скорости пользовательского терминала и его высоту t2ПТ относительно земной поверхности;measure module azimuth α PT of the speed vector of the user terminal and its height t 2 PT relative to the earth's surface;
вычисляют в УМС доплеровские сдвиги частот первого и второго узкополосных тестовых сигналов, обусловленные радиальными скоростями ПТ относительно CP1 и СР2, для чего предварительно определяют ют вероятные местоположения ПТ с учетом известных координат CP1, СР2 и определенных параметров calculate the Doppler frequency shifts in the UMS of the first and second narrowband test signals due to the radial velocities of the PT relative to CP 1 and CP 2 , for which the probable locations of the PT are pre-determined taking into account the known coordinates CP 1 , CP 2 and certain parameters
определяют, по меньшей мере, один из параметров: радиальную скорость перемещения первого CP1 относительно ПТ, и/или радиальную скорость перемещения второго СР2 относительно ПТ, с учетом доплеровских сдвигов частот и/или determine at least one of the parameters: radial velocity displacement of the first CP 1 relative to the PT, and / or radial velocity displacement of the second SR 2 relative to the PT, taking into account the Doppler frequency shifts and / or
вычисляют широту ϕПТ и долготу λПТ ПТ.calculate the latitude ϕ PT and longitude λ PT PT.
При таком способе обеспечивается высокая точность определения координат пользовательского терминала в широком диапазоне скоростей его перемещения за счет определения частотных сдвигов сигналов системы.This method provides high accuracy in determining the coordinates of the user terminal in a wide range of speeds of its movement by determining the frequency shifts of the system signals.
Недостатками аналога являются: длительное время определения координат ПТ, связанное с необходимостью проведения дополнительных измерений модуля, азимута вектора скорости ПТ и его высоты относительно земной поверхности; необходимость ответной передачи тестовых сигналов с ПТ, чьи координаты необходимо определить в УМС через СР.The disadvantages of the analogue are: a long time for determining the coordinates of the PT, associated with the need for additional measurements of the module, azimuth of the PT velocity vector and its height relative to the earth's surface; the need for a response transmission of test signals from the PT, whose coordinates must be determined in the UMS through the SR.
Известен способ определения координат ИРИ с использованием летательного аппарата [2]. Указанный способ заключается в том, что:A known method for determining the coordinates of IRI using an aircraft [2]. The specified way is that:
выбирают 3-мерную декартову систему координат (ДСК) для производства измерений и расчетов;choose a 3-dimensional Cartesian coordinate system (DSC) for making measurements and calculations;
размещают измеритель на ЛА;place the meter on the aircraft;
перемещают указанный ЛА в пространстве;move the specified aircraft in space;
принимают радиосигнал ИРИ в заданной полосе частот ΔF;receive a radio signal of IRI in a given frequency band ΔF;
измеряют и запоминают первичные координатно-информативные параметры принятого радиосигнала, в качестве которых используют амплитуды напряженности электрического поля (АНЭП), создаваемые ИРИ в точках приема;measure and store the primary coordinate-informative parameters of the received radio signal, which are used as the amplitudes of the electric field strength (ANEP) created by the IRI at the points of reception;
измеряют и запоминают вторичные параметры (ВП) - координаты местоположения ЛА;secondary parameters (VP) are measured and stored - the coordinates of the aircraft location;
многократно измеряют и запоминают совокупности АНЭП En (где n=1…Ν) и ВП - координаты ЛА в 3-х мерной ДСК xn, yn и zn в процессе перемещения ЛА;the set of ANEP E n (where n = 1 ... Ν) and VP are repeatedly measured and memorized - the coordinates of the aircraft in a 3-dimensional DSC x n , y n and z n in the process of moving the aircraft;
вычисляют N-1 коэффициентов окружностей Апполония, как отношений АНЭП, перемноженных на обратные отношения высот ЛА в соответствующих точках измерения;calculate N-1 coefficients of the Apolonius circles as the ANEP ratios multiplied by the inverse ratios of the aircraft heights at the corresponding measurement points;
формируют Ν-1 сферических поверхностей положения (СПИ) ИРИ путем построения и последующего вращения окружностей Апполония вокруг осей, соединяющих соответствующие фокусы;form Ν-1 spherical surfaces of position (SPI) IRI by constructing and then rotating the circles of Apolonius around the axes connecting the corresponding foci;
в качестве координат ИРИ в пространстве принимают координаты точки пересечения N-1 указанных СПИ ИРИ.the coordinates of the intersection point of N-1 specified SPI IRI are taken as the coordinates of the IRI in space.
В указанном способе компенсируется ошибка определения координат ИРИ на плоскости на основе использования СПП ИРИ, формируемых вращением окружностей Апполония вокруг осей, соединяющих соответствующие фокусы.This method compensates for the error in determining the coordinates of the IRI on a plane based on the use of the SPP IRI, formed by the rotation of the Apolonius circles around the axes connecting the corresponding foci.
Недостатком аналога являются длительное время определения координат ИРИ, связанное с необходимостью измерения N≥5 раз совокупности АНЭП и ВП в процессе перемещения ЛА.The disadvantage of the analogue is the long time for determining the coordinates of the IRI, associated with the need to measure N≥5 times the aggregate of ANEP and VP in the process of moving the aircraft.
Из известных способов наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого способа по своей технической сущности является способ определения координат источника радиоизлучений с борта летательного аппарата с использованием триортогональной вибраторной антенной системы (ТОВАС) [3] заключающийся в том, что: принимают радиосигналы с использованием ТОВАС, измеряют координаты центров и углы ориентации ТОВАС в различные моменты времени t1 и t2, затем формируют вспомогательные плоскости положения ИРИ, определяют линии положения ИРИ как линии пересечения каждой из вспомогательных плоскостей положения ИРИ с поверхностью Земли и вычисляют координаты ИРИ в точке пересечения линий положения ИРИ.Of the known methods, the closest analogue (prototype) of the proposed method in its technical essence is a method for determining the coordinates of a radio emission source from an aircraft using a triorthogonal vibrator antenna system (TOVAS) [3], which consists in the fact that: receive radio signals using TOVAS, measure coordinates of the centers and angles of orientation of TOVAS at different times t 1 and t 2 , then form the auxiliary planes of the position of the IRI, determine the lines of position of the IRI as the lines of intersection of each of the auxiliary planes of the position of the IRI with the Earth's surface and calculate the coordinates of the IRI at the point of intersection of the lines of the position of the IRI.
Недостатком способа прототипа является длительное время определения координат ИРИ, связанное с временным интервалом между моментами времени t1 и t2, обусловленным необходимостью перемещения ЛА между измерениями на расстояние, соизмеримое с расстоянием от ЛА до ИРИ.The disadvantage of the prototype method is the long time for determining the coordinates of the IRI, associated with the time interval between the times t 1 and t 2 , due to the need to move the aircraft between measurements at a distance commensurate with the distance from the aircraft to the IR.
Техническим результатом изобретения является снижение времени, затрачиваемого на определение координат ИРИ, на основе использования ТОВАС, состоящей из трех антенных элементов (АЭ) в виде несимметричных вибраторов штыревого типа.The technical result of the invention is to reduce the time spent on determining the coordinates of the IRI, based on the use of TOVAS, consisting of three antenna elements (AE) in the form of asymmetric pin-type vibrators.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения координат ИРИ с борта ЛА с использованием ТОВАС, состоящей из трех АЭ в виде несимметричных вибраторов штыревого типа, заключающемся в том, что выбирают топоцентрическую декартову систему координат (ДСК) O3X3Y3Ζ3 и ДСК OЛXЛYЛZЛ связанную с ЛА для производства измерений и расчетов, размещают измерительную аппаратуру, оснащенную ТОВАС, на ЛА, который перемещают в пространстве, измеряют координаты центра ТОВАС OЛ и углы ориентации ТОВАС в моменты времени t1 и t2, измеряют в моменты времени t1 и t2 с помощью ТОВАС ортогональные компоненты Ех1, Еу1, Ez1 и Ex2, Ey2, Ez2 векторов напряженности электрического поля принятого аналогового радиосигнала, определяют ориентацию векторов напряженности электрического поля в ДСК OЛXЛYЛZЛ путем векторного сложения ортогональных компонент Ех1, Еу1, Ez1 и Ex2, Ey2, Ez2 соответственно, строят вспомогательные плоскости ΩE1 и ΩΕ2, так, что бы они были перпендикулярны векторам соответственно и проходили через центр ТОВАС OЛ, вычисляют координаты ИРИ с учетом вспомогательных плоскостей ΩΕ1 и ΩΕ2, временной интервал между моментами времени t1 и t2 выбирают равным четверти периода электромагнитной волны Т/4 измеряемого радиосигнала.This goal is achieved by the fact that in the known method for determining the coordinates of the IRI from the aircraft using TOVAS, consisting of three AEs in the form of asymmetric pin-type vibrators, which consists in choosing the topocentric Cartesian coordinate system (DSC) O 3 X 3 Y 3 Ζ 3 and DSC O L X L Y L Z L connected to the aircraft for the production of measurements and calculations, place the measuring equipment equipped with TOVAS on the aircraft, which is moved in space, measure the coordinates of the TOVAS O L center and the orientation angles of TOVAS at times t 1 and t 2 , the orthogonal components E x1 , E y1 , E z1 and E x2 , E y2 , E z2 of the vectors of the electric field strength are measured at times t 1 and t 2 using TOVAS of the received analog radio signal, determine the orientation of the vectors of the electric field strength in DSC O L X L Y L Z L by vector addition of the orthogonal components E x1 , E y1 , E z1 and E x2 , E y2 , E z2, respectively, construct auxiliary planes Ω E1 and Ω Ε2 , so that they are perpendicular vectors respectively, and passed through the center of TOVAS O L , the coordinates of the IRI are calculated taking into account the auxiliary planes Ω Ε1 and Ω Ε2 , the time interval between the times t 1 and t 2 is chosen equal to a quarter of the period of the electromagnetic wave T / 4 of the measured radio signal.
Дополнительно строят линию положения ИРИ соответствующую пересечению плоскостей ΩΕ1 и ΩΕ2.·Выбирают поверхность Земли как поверхность положения ИРИ. Вычисляют координаты ИРИ находящегося в точке пересечения линии положения ИРИ с поверхностью Земли.Additionally build a line of position of the IRI corresponding to the intersection of the planes Ω 1 and Ω Ε2 . · Select the surface of the Earth as the surface of the position of the IRI. Calculate the coordinates of the IRI located at the point of intersection of the line of position of the IRI with the surface of the Earth.
В качестве поверхности Земли выбирают плоскость ΩЗ1, если расстояние от ЛА до предполагаемого ИРИ менее 100 км. Если же расстояние от ЛА до предполагаемого ИРИ более 100 км, то в качестве поверхности Земли выбирают сферу ΩЗ2 с радиусом R, зависящем от широты ЛА.The plane Ω З1 is chosen as the surface of the Earth if the distance from the aircraft to the proposed IRI is less than 100 km. If the distance from the aircraft to the supposed IRI is more than 100 km, then the sphere Ω З2 with a radius R depending on the latitude of the aircraft is chosen as the Earth's surface.
Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков, в том числе за счет выбора временного интервала между моментами времени t1 и t2 равным четверти периода электромагнитной волны 774 измеряемого радиосигнала, построения линии положения ИРИ соответствующей пересечению плоскостей ΩΕ1 и ΩΕ2, вычисления координат ИРИ, находящегося в точке пересечения линии положения ИРИ с поверхностью Земли, достигается цель изобретения: снижение времени, затрачиваемого на определение координат ИРИ, на основе использования ТОВАС, состоящей из трех антенных элементов в виде несимметричных вибраторов штыревого типа. Снижение времени, затрачиваемого на определение координат ИРИ, обуславливается отсутствием необходимости перемещения ЛА на расстояние, соизмеримое с дальностью от ЛА до ИРИ.Thanks to the specified new set of essential features, including due to the choice of the time interval between the moments of time t 1 and t 2 equal to a quarter of the period of the electromagnetic wave 774 of the measured radio signal, the construction of the line of position of the IRI corresponding to the intersection of the planes Ω Ε1 and Ω Ε2 , calculating the coordinates of the IRI located at the point of intersection of the position line of the IRI with the surface of the Earth, the aim of the invention is achieved: reducing the time spent on determining the coordinates of the IRI, based on the use of TOVAS, consisting of three antenna elements in the form of asymmetric pin-type vibrators. The decrease in the time spent on determining the coordinates of the IRI is due to the absence of the need to move the aircraft to a distance commensurate with the distance from the aircraft to the IRI.
Заявленное изобретение поясняется чертежами, на которых показаны:The claimed invention is illustrated by drawings, which show:
на фиг. 1 положение вспомогательной плоскости ΩΕ1, включающей вектор и перпендикулярной вектору в момент времени t1;in fig. 1 the position of the auxiliary plane Ω Ε1 , including the vector and perpendicular to the vector at time t 1 ;
на фиг. 2 положение вспомогательной плоскости ΩΕ2, включающей вектор и перпендикулярной вектору в момент времени t2;in fig. 2 the position of the auxiliary plane Ω Ε2 , including the vector and perpendicular to the vector at time t 2 ;
на фиг. 3 положение линии положения ИРИ как линии пересечения вспомогательных плоскостей ΩΕ1 и ΩΕ2;in fig. 3 position of the IRI position line as lines of intersection of the auxiliary planes Ω Ε1 and Ω Ε2 ;
на фиг. 4 конфигурация ТОВАС состоящая из трех АЭ в виде несимметричных вибраторов штыревого типа в ДСК OЛXЛYЛZЛ;in fig. 4 TOVAS configuration consisting of three AEs in the form of asymmetric pin-type vibrators in DSK O L X L Y L Z L ;
на фиг. 5 ортогональные компоненты Ех1, Еу1, Ez1 вектора напряженности электрического поля в момент времени t1 в ДСК OЛXЛYЛZЛ;in fig. 5 orthogonal components E x1 , E y1 , E z1 of the electric field strength vector at time t 1 in DSK O L X L Y L Z L ;
на фиг. 6 ортогональные компоненты Ex2, Ey2, Ez2 вектора напряженности электрического поля в момент времени t2 в ДСК OЛXЛYЛZЛ;in fig. 6 orthogonal components E x2 , E y2 , E z2 of the electric field strength vector at time t 2 in DSK O L X L Y L Z L ;
на фиг. 7 векторы напряженности электрического поля с эллиптической поляризацией в моменты времени t1, t2, t3 и t4 в ДСК OЛXЛYЛZЛ;in fig. 7 vectors of electric field strength with elliptical polarization at times t 1 , t 2 , t 3 and t 4 in DSC O L X L Y L Z L ;
на фиг. 8 временные диаграммы ортогональных компонент Ех, Еу, Ez, принятых на АЭ 3, 4 и 5 ТОВАС, а также их значения Ех1, Еу1, Ez1 и Ex2, Ey2, Ez2, измеренные в моменты времени t1 и t2 соответственно;in fig. 8 time diagrams of the orthogonal components Е х , Е у , Е z , taken at the
на фиг. 9 графическое представление определения координат ИРИ как пересечения линий положения ИРИ с поверхностью Земли, представленной в виде плоскости ΩЗ1 в ДСК Ο3Χ3Υ3Ζ3;in fig. 9 graphical representation of the determination of the coordinates of the IRI as the intersection of the lines of the position of the IRI with the Earth's surface, represented in the form of the plane Ω З1 in DSC Ο 3 Χ 3 Υ 3 Ζ 3 ;
на фиг. 10 графическое представление определения координат ИРИ как пересечения линий положения ИРИ с поверхностью Земли, представленной в виде сферической поверхности ΩЗ2 в ДСК Ο3Χ3Υ3Ζ3.in fig. 10 graphical representation of the determination of the coordinates of the IRI as the intersection of the lines of the position of the IRI with the Earth's surface, represented in the form of a spherical surface Ω З2 in DSC Ο 3 Χ 3 Υ 3. 3 .
Определение координат ИРИ является важным составным элементом мониторинга сигналов. Достоинством системы ОМП ИРИ является скрытность при определении координат вследствие отсутствия активного излучения. Размещение технических средств системы ОМП на ЛА и в том числе на беспилотных ЛА позволяет существенно расширить зону мониторинга с возможностью осуществлять обнаружение и определение координат ИРИ в труднодоступных районах.Determining the coordinates of the IRI is an important component of signal monitoring. The advantage of the OMP IRI system is secrecy in determining the coordinates due to the absence of active radiation. Placing the technical means of the WMD system on aircraft, including unmanned aircraft, allows to significantly expand the monitoring area with the ability to detect and determine the coordinates of IRI in hard-to-reach areas.
Использование ЛА в качестве платформы для развертывания средств радиомониторинга приводит к возникновению ряда проблем, основными из которых являются:The use of aircraft as a platform for the deployment of radio monitoring equipment leads to a number of problems, the main of which are:
увеличение уровня помех и связанное с ним снижение отношения сигнал/шум на входе бортового радиоприемного устройства;an increase in the level of interference and the associated decrease in the signal-to-noise ratio at the input of the on-board radio receiver;
ограничение массогабаритных показателей полезной нагрузки на ЛА, которые не позволяют разместить на нем эффективные антенные системы и многоканальные радиоприемные устройства;limitation of the mass and size indicators of the payload on the aircraft, which do not allow the placement of effective antenna systems and multichannel radio receivers on it;
нестабильность ориентации ЛА в пространстве, которая приводит к резкому увеличению ошибок пеленгования и к снижению точности определения координат ИРИ.instability of the aircraft orientation in space, which leads to a sharp increase in direction finding errors and to a decrease in the accuracy of determining the coordinates of the AIR.
Большинство способов определения координат ИРИ основано на пеленговании радиосигналов несколькими измерителями, либо одним, перемещающимся в пространстве измерителем. Повышение точности определения координат ИРИ в большинстве случаев достигается увеличением базы пеленгования. В частности, в способе прототипе в ходе определения координат ИРИ предусмотрено перемещение ЛА на расстояние, соизмеримое с расстоянием от ЛА до ИРИ.Most of the methods for determining the coordinates of the IRR are based on the direction finding of radio signals by several meters, or by one meter moving in space. The increase in the accuracy of determining the coordinates of the IRI in most cases is achieved by increasing the base of direction finding. In particular, in the prototype method, in the course of determining the coordinates of the IRI, the aircraft is moved to a distance commensurate with the distance from the aircraft to the IRI.
В предложенном способе координат ИРИ определяют с помощью сосредоточенной ТОВАС, способной определить поляризацию радиосигнала в точке приема.In the proposed method, the coordinates of the IRI are determined using a concentrated TOVAS capable of determining the polarization of the radio signal at the receiving point.
Поляризация электромагнитной волны является ее пространственно-временной характеристикой и определяется видом траектории, описываемой концом вектора напряженности магнитного или электрического поля в фиксированной точке пространства.The polarization of an electromagnetic wave is its spatio-temporal characteristic and is determined by the type of trajectory described by the end of the magnetic intensity vector or electric fields at a fixed point in space.
На фиг. 1 и фиг. 2 отображены ИРИ 1 и измеритель 2 параметров электромагнитной волны в моменты времени t1 и t2.FIG. 1 and FIG. 2 displays
Распространение электромагнитной волны сопровождается переносом энергии. Для характеристики этого явления вводят вектор Пойтинга Он определяет направление и величину плотности потока мощности электромагнитного поля от ИРИ в каждой точке пространства.The propagation of an electromagnetic wave is accompanied by energy transfer. To characterize this phenomenon, the Poyting vector is introduced It determines the direction and magnitude of the power flux density of the electromagnetic field from the IRI at each point in space.
На фиг. 1 и фиг. 2 отображены положения вектора Пойтинга а также векторов напряженности электрического и магнитного полей в моменты времени t1 и t2 соответственно. Причем временной интервал между моментами времени t1 и t2 выбирают равным четверти периода электромагнитной волны 774 измеряемого радиосигнала. Перемещением в пространстве ЛА за указанный временной интервал можно пренебречь.FIG. 1 and FIG. 2 shows the positions of the Poyting vector as well as vectors of electric and magnetic fields at times t 1 and t 2, respectively. Moreover, the time interval between the times t 1 and t 2 is chosen equal to a quarter of the period of the electromagnetic wave 774 of the measured radio signal. The movement in space of the aircraft for the specified time interval can be neglected.
На фиг. 1 и фиг. 2 показана часть фазового фронта волны ΩΕH, определяемого как поверхность одинаковых фаз векторов поля перпендикулярных направлению распространения электромагнитной волны (т.е. перпендикулярная вектору Пойтинга ).FIG. 1 and FIG. 2 shows a part of the phase front of the wave Ω ΕH , defined as the surface of the same phases of the field vectors perpendicular to the direction of propagation of the electromagnetic wave (i.e. perpendicular to the Poyting vector ).
Вспомогательные плоскости ΩΕ1 и ΩΕ2, ортогональны векторам напряженности электрического поля в моменты времени t1 и t2 соответственно и проходят через центр ТОВАС ОЛ.The auxiliary planes Ω Ε1 and Ω Ε2 are orthogonal to the vectors of the electric field strength at times t 1 and t 2, respectively, and pass through the center of TOVAS O L.
Пересечение плоскостей ΩΕ1 и ΩΕ2, соответствует линии положения ИРИ (см. фиг. 3). Поскольку временной интервал между моментами времени t1 и t2 выбирают равным четверти периода электромагнитной волны 774 измеряемого радиосигнала, угол между плоскостями ΩE1 и ΩΕ2, равен π/2.The intersection of the planes Ω Ε1 and Ω Ε2 , corresponds to the line of position of the IRI (see Fig. 3). Since the time interval between the times t 1 and t 2 is chosen equal to a quarter of the period of the electromagnetic wave 774 of the measured radio signal, the angle between the planes Ω E1 and Ω 2 is equal to π / 2.
Для измерения ортогональных компонент векторов напряженности электрического поля в заявленном способе используют ТОВАС, состоящую из трех АЭ 3, 4 и 5 в виде несимметричных вибраторов штыревого типа (см. фиг. 4).To measure the orthogonal components of the electric field strength vectors The claimed method uses TOVAS, consisting of three
В предлагаемом способе для моментов времени t1 и t2 используют ДСК OЛXЛYЛZЛ, в которой центр координат ОЛ совмещен с центром ТОВАС, оси OЛХЛ, ОЛYЛ и OЛΖЛ направлены вдоль АЭ 3, 4 и 5 (см. фиг. 4).In the proposed method for the moments of time t 1 and t 2 , DSC O L X L Y L Z L is used , in which the center of coordinates O L is aligned with the center of TOVAS, the axes O L X L , O L Y L and O L Ζ L are directed along
Векторная сумма ортогональных компонент напряженностей электрического поля Ех1, Ey1 и Ez1, измеренных на АЭ 3, 4 и 5 ТОВАС соответственно в момент времени t1 составляет вектор напряженности электрического поля (см. фиг. 5).The vector sum of the orthogonal components of the electric field strengths E x1 , E y1 and E z1 , measured on
Аналогично, векторная сумма ортогональных компонент напряженностей электрического поля Ех2, Ey2 и Ez2, измеренных на АЭ 3, 4 и 5 ТОВАС в момент времени t2 составляет вектор напряженности электрического поля (см. фиг. 6).Similarly, the vector sum of the orthogonal components of the electric field strengths E x2 , E y2, and E z2 measured on
На фиг. 7 отображены векторы напряженности электрического поля с эллиптической поляризацией в моменты времени t1, t2, t3 и t4 в ДСК OЛXЛYЛZЛ. Между моментами времени t1 и t2, t2 и t3, t3 и t4 выбран временной интервал составляющий четверть периода электромагнитной волны Т/4. За период электромагнитной волны Τ вектор напряженности электрического поля эллиптической поляризацией опишет эллипс и вернется в первоначальное состояние.FIG. 7 shows the vectors of the electric field strength with elliptical polarization at times t 1 , t 2 , t 3 and t 4 in DSC O L X L Y L Z L. Between the moments of time t 1 and t 2 , t 2 and t 3 , t 3 and t 4 a time interval is selected that is a quarter of the period of the electromagnetic wave T / 4. Over the period of the electromagnetic wave, the vector of the electric field strength with elliptical polarization will describe the ellipse and return to its original state.
На фиг. 8 представлены временные диаграммы ортогональных компонент Ех, Ey, Ez, принятого в общем случае эллиптически поляризованного аналогового радиосигнала на АЭ 3, 4 и 5 ТОВАС соответственно. В моменты времени t1 и t2 измеряют значения компонент Ех1, Еу1, Ez1 и Ex2, Ey2, Ez2 с помощью АЭ 3, 4 и 5 ТОВАС соответственно.FIG. 8 shows the timing diagrams of the orthogonal components E x , E y , E z , received in the general case of an elliptically polarized analog radio signal at
Строят вспомогательные плоскости ΩΕ1 и ΩΕ2, ортогональные векторам напряженности электрического поля соответственно и проходящие через центр ТОВАС ОЛ в моменты времени t1 и t2, который совмещен в свою очередь с началом ДСК OЛXЛYЛZЛ (см. фиг. 9 и фиг. 10). Вспомогательные плоскости ΩΕ1 и ΩΕ2 описываются уравнениями:Construction of auxiliary planes Ω Ε1 and Ω 2 , orthogonal to the vectors of the electric field strength respectively, and passing through the center of TOVAS O L at times t 1 and t 2 , which in turn is aligned with the beginning of DSC O L X L Y L Z L (see Fig. 9 and Fig. 10). Auxiliary planes Ω Ε1 and Ω Ε2 are described by the equations:
Строят линию положения ИРИ на пересечении плоскостей ΩΕ1, ΩΕ2.Building a line of position of the IRI at the intersection of the planes Ω Ε1 , Ω Ε2 .
Алгебраически такое построение соответствует решению системы уравнений (1)и(2):Algebraically, such a construction corresponds to solving the system of equations (1) and (2):
Вычисляют координаты точки пересечения линий положения ИРИ и поверхности Земли.Calculate the coordinates of the point of intersection of the lines of position of the IRI and the surface of the Earth.
В качестве поверхности Земли выбирают плоскость ΩЗ1, если расстояние от ЛА до предполагаемого ИРИ менее 100 км (см. фиг.9). Уравнение плоскости ΩЗ1 в выбранной топоцентрической ДСК Ο3Χ3Υ3Ζ3 будет иметь вид:The plane Ω Z1 is chosen as the surface of the Earth if the distance from the aircraft to the expected IRI is less than 100 km (see Fig. 9). The equation of the plane Ω З1 in the chosen topocentric DSC Ο 3 Χ 3 Υ 3 Ζ 3 will have the form:
z=0.z = 0.
На основе измеренный координат центра ТОР АС ОЛ и углов ориентации ТОРАС в моменты времени t1 и t2, используя матрицы поворота, преобразуют уравнение плоскости ΩЗ1 в ДСК OЛXЛYЛZЛ связанную с ЛА:On the basis of the measured coordinates of the TOP AS O L center and the TORAS orientation angles at times t 1 and t 2 , using the rotation matrices, transform the equation of the plane Ω З1 into DSC O L X L Y L Z L associated with the aircraft:
z = ƒ1(x, y).z = ƒ 1 (x, y).
Тогда координаты точки пересечения линии положения ИРИ и поверхности Земли будут удовлетворять системе уравнений:Then the coordinates of the point of intersection of the line of position of the IRI and the Earth's surface will satisfy the system of equations:
В качестве поверхности Земли выбирают сферическую поверхность ΩЗ2, если расстояние от ЛА до предполагаемого ИРИ более 100 км (см. фиг. 10). Уравнение плоскости ΩЗ2 в выбранной топоцентрической ДСК Ο3Χ3Υ3Ζ3 будет иметь вид:The spherical surface Ω Z2 is chosen as the Earth's surface if the distance from the aircraft to the assumed IRI is more than 100 km (see Fig. 10). The equation of the plane Ω З2 in the chosen topocentric DSC Ο 3 Χ 3 Υ 3 Ζ 3 will have the form:
(х-х0)2+(у-у0)2+(у-у0)2=R2,(x-x 0 ) 2 + (y-y 0 ) 2 + (y-y 0 ) 2 = R 2 ,
где х0, у0 и z0 - координаты ОЗ в геоцентрической ДСК; R - эквивалентный радиус Земли, соответствующий широте ОЗ.where x 0 , y 0 and z 0 are the coordinates of the OZ in the geocentric DSC; R is the equivalent radius of the Earth, corresponding to the latitude OZ .
На основе измеренных координат центра ТОР АС ОЛ и углов ориентации ТОРАС в моменты времени t1 и t2, используя матрицы поворота, преобразуют уравнение сферической поверхности ΩЗ2 в ДСК OЛXЛYЛZЛ связанную с ЛА:Based on the measured coordinates of the center of the TOP AS ABOUT L and the orientation angles of the TOPAS at the moments of time t 1 and t 2 , using the rotation matrices, the equation of the spherical surface Ω Z2 is transformed into the DSC O L X L Y L Z L associated with the aircraft:
z = ƒ2(x, y).z = ƒ 2 (x, y).
Тогда координаты точки пересечения линий положения ИРИ и поверхности Земли будут удовлетворять системе уравнений:Then the coordinates of the point of intersection of the lines of position of the IRI and the Earth's surface will satisfy the system of equations:
Решением системы уравнений (4) или (5) будут координаты точки пересечения линий положения ИРИ с поверхностью Земли. Полученные координаты принимают в качестве координат ИРИ в ДСК OЛXЛYЛZЛ. При необходимости возможно, используя матрицы поворота, преобразовать указанные координаты в топоцентрическую ДСК Ο3Χ3Υ3Ζ3.The solution to the system of equations (4) or (5) will be the coordinates of the point of intersection of the lines of the position of the IRI with the surface of the Earth. The obtained coordinates are taken as coordinates of IRI in DSC O L X L Y L Z L. If necessary, it is possible, using rotation matrices, to transform the indicated coordinates into a topocentric DSC Ο 3 Χ 3 Υ 3 Ζ 3 .
Реализация заявленного способа преимущественно целесообразна при размещении ТОВАС на подвижном объекте, в частности на ЛА. При этом необходимо с высокой точностью определять координаты ЛА и углы ориентации ЛА.The implementation of the claimed method is predominantly advisable when placing TOVAS on a mobile object, in particular on an aircraft. In this case, it is necessary to determine with high accuracy the aircraft coordinates and aircraft orientation angles.
Снижение времени, затрачиваемого на определение координат ИРИ, заявленным способом по сравнению со способом прототипом возможно в десятки и даже сотни раз (в зависимости от дальности между ЛА и ИРИ), которое достигается за счет за счет отсутствия необходимости перемещения ЛА в ходе определения координат ИРИ на большие расстояния, соизмеримые с дальностью от ЛА до ИРИ, что указывает на возможность достижения указанного технического результата.Reducing the time spent on determining the coordinates of the IRI by the claimed method compared to the prototype method is possible by tens or even hundreds of times (depending on the distance between the aircraft and the IRI), which is achieved due to the absence of the need to move the aircraft during the determination of the coordinates of the IRI by large distances, commensurate with the range from the aircraft to the IRI, which indicates the possibility of achieving the specified technical result.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Волков Р.В., Саяпин В.Н., Севидов В.В. Способ определения местоположения пользовательского терминала с использованием двух спутников-ретрансляторов. Патент РФ на изобретение №2605457 от 18.09.2015. Опубл. 20.12.2016. Бюл. 35.1. Volkov R.V., Sayapin V.N., Sevidov V.V. A method for locating a user terminal using two relay satellites. RF patent for invention No. 2605457 dated 09/18/2015. Publ. 12/20/2016. Bul. 35.
2. Агиевич С.Н., Дворников С.В., Земсков Д.С., Севидов В.В., Федоренко И.В. Способ определения координат источника радиоизлучения с использованием летательного аппарата. Патент РФ на изобретение №2644580 от 31.05.17. Опубл. 13.02.2018. Бюл. 5.2. Agievich S.N., Dvornikov S.V., Zemskov D.S., Sevidov V.V., Fedorenko I.V. Method for determining the coordinates of a radio emission source using an aircraft. RF patent for invention No. 2644580 dated 05/31/17. Publ. 13.02.2018. Bul. five.
3. Богдановский С.В., Гайдин А.П., Клишин А.В., Симонов А.Н. Способ определения координат источника радиоизлучений с борта летательного аппарата. Патент РФ на изобретение №2619915 от 22.06.2016. Опубл. 19.05.2017. Бюл. 14.3. Bogdanovsky S.V., Gaidin A.P., Klishin A.V., Simonov A.N. A method for determining the coordinates of a radio emission source from an aircraft. RF patent for invention No. 2619915 dated 22.06.2016. Publ. 05/19/2017. Bul. 14.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020125594A RU2741072C1 (en) | 2020-07-27 | 2020-07-27 | Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal dipole antenna system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020125594A RU2741072C1 (en) | 2020-07-27 | 2020-07-27 | Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal dipole antenna system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2741072C1 true RU2741072C1 (en) | 2021-01-22 |
Family
ID=74213402
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020125594A RU2741072C1 (en) | 2020-07-27 | 2020-07-27 | Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal dipole antenna system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2741072C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2815168C1 (en) * | 2023-10-03 | 2024-03-12 | Сергей Валерьевич Богдановский | Method of determining object's own location in space |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4054881A (en) * | 1976-04-26 | 1977-10-18 | The Austin Company | Remote object position locater |
RU2319162C9 (en) * | 2006-08-17 | 2008-07-27 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" | Circular direction finder |
US7440858B2 (en) * | 2005-04-15 | 2008-10-21 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Poynting-vector based method for determining the bearing and location of electromagnetic sources |
US7991570B2 (en) * | 2005-04-15 | 2011-08-02 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Poynting-vector filter |
US20140002306A1 (en) * | 2012-03-07 | 2014-01-02 | Son Thach Nguyen | Directional radio signal detection apparatus and methods of use |
RU2529184C2 (en) * | 2012-08-29 | 2014-09-27 | Анатолий Михайлович Бобков | Radio signal direction-finding method |
RU2659184C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-06-28 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) | Composite electrically small loop radiator with mirror symmetry of quartic and the receiving triorthogonal antenna system of hf range on its basis |
RU2702102C1 (en) * | 2018-10-15 | 2019-10-04 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method for polarization direction finding of radio signals using a tri-orthogonal antenna system |
RU2709607C1 (en) * | 2019-01-09 | 2019-12-19 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal antenna system |
RU2714502C1 (en) * | 2019-04-09 | 2020-02-18 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal antenna system |
RU2718737C1 (en) * | 2019-06-24 | 2020-04-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Технологии и системы радиомониторинга" | Method of determining coordinates of radio-frequency radiation sources |
-
2020
- 2020-07-27 RU RU2020125594A patent/RU2741072C1/en active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4054881A (en) * | 1976-04-26 | 1977-10-18 | The Austin Company | Remote object position locater |
US7440858B2 (en) * | 2005-04-15 | 2008-10-21 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Poynting-vector based method for determining the bearing and location of electromagnetic sources |
US7991570B2 (en) * | 2005-04-15 | 2011-08-02 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Poynting-vector filter |
RU2319162C9 (en) * | 2006-08-17 | 2008-07-27 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" | Circular direction finder |
US20140002306A1 (en) * | 2012-03-07 | 2014-01-02 | Son Thach Nguyen | Directional radio signal detection apparatus and methods of use |
RU2529184C2 (en) * | 2012-08-29 | 2014-09-27 | Анатолий Михайлович Бобков | Radio signal direction-finding method |
RU2659184C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-06-28 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) | Composite electrically small loop radiator with mirror symmetry of quartic and the receiving triorthogonal antenna system of hf range on its basis |
RU2702102C1 (en) * | 2018-10-15 | 2019-10-04 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method for polarization direction finding of radio signals using a tri-orthogonal antenna system |
RU2709607C1 (en) * | 2019-01-09 | 2019-12-19 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal antenna system |
RU2714502C1 (en) * | 2019-04-09 | 2020-02-18 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal antenna system |
RU2718737C1 (en) * | 2019-06-24 | 2020-04-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Технологии и системы радиомониторинга" | Method of determining coordinates of radio-frequency radiation sources |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2815168C1 (en) * | 2023-10-03 | 2024-03-12 | Сергей Валерьевич Богдановский | Method of determining object's own location in space |
RU2822686C1 (en) * | 2023-10-30 | 2024-07-11 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная орденов Жукова и Ленина Краснознаменная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining coordinates of radio-frequency source from aircraft using tri-orthogonal dipole antenna system |
RU2821640C1 (en) * | 2024-02-08 | 2024-06-25 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining angular orientation of aircraft |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kanhere et al. | Position locationing for millimeter wave systems | |
US4996533A (en) | Single station radar ocean surface current mapper | |
US8249618B2 (en) | System and method for enabling determination of position of a receiver | |
RU2709607C1 (en) | Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal antenna system | |
RU2682661C1 (en) | Method of active review single-pulse radiolocation with an inverse synthesis of antenna aperture | |
EP0436048A1 (en) | Oblique spaced antenna method and system for measuring atmospheric wind fields | |
RU2624449C1 (en) | Method of polarisation deprecition of radiosignals | |
CN107883959B (en) | WiFi indoor multi-person positioning method based on phased array principle | |
RU2714502C1 (en) | Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal antenna system | |
RU2735744C1 (en) | Method for survey of single-position trilateration incoherent radar ranging of aerial targets | |
RU2713498C1 (en) | Method for survey active-passive lateral radar ranging of aerospace objects | |
RU2510038C2 (en) | Ranging-differential-ranging method for determining coordinates of radio-frequency radiation sources and apparatus realising said method | |
RU2741072C1 (en) | Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal dipole antenna system | |
WO2020261834A1 (en) | Receiver, and radar apparatus, vehicle, and communication system provided with receiver | |
US6583755B2 (en) | Method and apparatus for locating a terrestrial transmitter from a satellite | |
RU2717970C1 (en) | Method for survey three-coordinate two-position lateration radar ranging of aerospace objects | |
RU2741068C1 (en) | Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a combined tri-orthogonal antenna system | |
RU2741074C1 (en) | Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal loop antenna system | |
RU2822686C1 (en) | Method of determining coordinates of radio-frequency source from aircraft using tri-orthogonal dipole antenna system | |
US5812091A (en) | Radio interferometric antenna for angle coding | |
RU2824445C1 (en) | Method of determining coordinates of radio-frequency source from aircraft using tri-orthogonal frame antenna system | |
Li et al. | An effective integrated communication and localization method based on digital phased array antenna | |
RU2534220C1 (en) | Apparatus for determining motion parameters of object | |
Bakhvalov et al. | Phase direction finding radio engineering system | |
Diao et al. | An overview of range detection techniques for wireless sensor networks |