RU2743896C1 - Способ определения вектора скорости объекта многопозиционной доплеровской системой - Google Patents
Способ определения вектора скорости объекта многопозиционной доплеровской системой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743896C1 RU2743896C1 RU2020118409A RU2020118409A RU2743896C1 RU 2743896 C1 RU2743896 C1 RU 2743896C1 RU 2020118409 A RU2020118409 A RU 2020118409A RU 2020118409 A RU2020118409 A RU 2020118409A RU 2743896 C1 RU2743896 C1 RU 2743896C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receivers
- transmitters
- vector
- coordinates
- coordinate system
- Prior art date
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
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к многопозиционным радиотехническим доплеровским системам наблюдения за объектами. Система состоит из нескольких приемников и передатчиков. Приемники принимают отраженные сигналы, излучаемые внешними передатчиками на определенных частотах. Предложенный способ, в отличие от прототипа, позволяет осуществлять пространственное разделение передатчиков и приемников, использовать произвольное число приемников и произвольное число передатчиков, а также учитывать направления на объект со стороны удаленных передатчиков. Вектор скорости движения объекта находится решением системы линейных алгебраических уравнений с учетом ортов направлений на объект и измеренных доплеровских частот в единой системе координат. Увеличение числа приемников и передатчиков, а также учет направлений на объект со всех точек пеленгации приводит к повышению точности оценок координат вектора скорости объекта и надежности работы системы в целом. Способ может быть использован в многопозиционных системах пеленгации объектов с пространственным разделением произвольного числа передатчиков и приемников.
Description
Изобретение относится к многопозиционным радиотехническим доплеровским системам наблюдения за объектами. Система состоит из нескольких приемников и передатчиков. Приемники принимают отраженные сигналы, излучаемые внешними передатчиками на определенных частотах.
Известен способ [1, с. 333] определения вектора скорости объекта в доплеровских наземных или бортовых системах. Он основан на использовании нескольких совмещенных приемников и передатчиков с приемопередающими антеннами и алгоритмически сводится к следующему.
1. Размещают n=3 приемопередающих станций с антеннами, ориентированными в пространстве относительно единой системы координат OXYZ матрицами поворота осей антенных систем координат относительно единой системы.
2. Определяют векторы координат объекта в системах координат k-х приемопередающих станций на основе измеренных угловых координат объекта (азимута и угла места амплитудно-фазовым методом) и дальностей (по временной задержке сигналов).
4. Измеряют доплеровские сдвиги частоты fl, f2, f3 принимаемых в приемниках сигналов, зависящие от радиальных составляющих вектора скорости объекта: fk=2νrk/λ,
где λ=с/f0 - длина волны передатчика (с - скорость свет, f0 - несущая частота); - радиальная проекция вектора скорости на направление
5. Составляют систему уравнений связи доплеровских частот с искомыми координатами вектора скорости через скалярные произведения векторов в единой системе координат:
где - вектор-столбец координат орта , пересчитанных в единую систему координат с помощью матрицы поворота осей Hk ("Т" - символ транспонирования).
6. Вычисляют координаты νx, νy, νz искомого вектора скорости из решения системы уравнений (1), представленной в матричной форме:
с помощью обратной матрицы по формуле:
где А - (3×3)-матрица координат ортов; V - (3×1)-вектор-столбец координат вектора скорости; F - (3×1)-вектор-столбец доплеровских частот.
7. Повторяют все операции в последовательности моментов времени ts, где m - количество таких моментов.
Замечание. Вычисление вектора-столбца скорости V алгебраическим способом по формуле (3) равносильно геометрическому способу нахождения вектора по правилу сложения трех векторов - его геометрических проекций по направлениям приемников в единой системе координат:
Рассмотренный способ обладает следующими недостатками.
1. Совмещение приемников с передатчиками делает систему пеленгации объектов уязвимой по сравнению с пространственно распределенными приемниками и передатчиками.
2. Фиксированное число передатчиков (три) в определенных условиях наблюдения является избыточным из соображений аппаратурных и энергетических затрат, так как может быть уменьшено до одного передатчика.
3. Фиксированное число приемников (три) не позволяет увеличить это число для повышения точности измерения координат вектора скорости.
4. В случае применения способа для многопозиционной системы с отдельно расположенными приемниками и передатчиками вычисления по формулам (1)-(4) дают ошибки из-за не учета проекций вектора скорости на направления от передатчиков к объекту.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанных недостатков, а именно, позволяет осуществлять пространственное разделение передатчиков и приемников, использовать произвольное число n приемников (n≥3) и произвольное число m передатчиков (m≥1), а также учитывать направления на объект со стороны удаленных передатчиков.
Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа определения вектора скорости объекта многопозиционной доплеровской системой, который заключается в размещении нескольких n приемников, приема в них сигналов отражения от объекта, ориентировании приемников в единой системе координат матрицами поворота осей координат, определении ортов a ks направлений на объект от k-х приемников () в моменты времени ts (где m - количество таких моментов), измерении доплеровских сдвигов частот fks принимаемых в k-х приемниках сигналов в моменты времени ts и составлении n-вектора F доплеровских частот, пересчете координат ортов a ks в единую систему координат и формировании из них матрицы А, затем вычислении вектора V координат скорости объекта по формуле V=λA-1F, где λ - длина волны излучаемого передатчиком сигнала, отличающийся тем, что назначают произвольное число n приемников (n≥3), располагают удаленно от приемников s-е передатчики общим числом т ( m≥1) и ориентируют их в единой системе координат, затем излучают сигналы от передатчиков с разной длиной волны Xs последовательно с малой задержкой в моменты времени ts, определяют орты bs направлений на объект со стороны s-x передатчиков () и пересчитывают орты в единую систему координат, затем помещают координаты ортов bs вместе с координатами ортов a k в состав (mnx3)-матрицы А и вычисляют вектор скорости по формуле V=(ATA)-1ATΛF, где Λ - диагональная матрица, составленная из λs, a F - mn-вектор-столбец доплеровских частот fks, кроме того, если при m>1 и n>3 отказывает какой-либо приемник или передатчик, то соответствующие им строки в матрице А и векторе F исключают и все операции повторяют.
Замечание. Увеличение числа удаленных передатчиков приводит к повышению надежности - вероятности Pm работы хотя бы одного из m передатчиков при вероятности р безотказной работы каждого из них:
Pm=1-(1-р)m.
Так, при р = 0,7 и m = 3 получаем надежность Р3=0,97.
Алгоритмически способ осуществляется следующим образом.
1. Размещают k-е приемники общим числом n (n≥3) и ориентируют их в пространстве относительно единой системы координат OXYZ матрицами Нк, поворота осей антенных систем координат относительно единой системы.
2. Размещают s-e передатчики общим числом m () удаленно от приемников и ориентируют их относительно системы координат OXYZ матрицами H0s, поворота осей.
3. Излучают сигналы от передатчиков с разной длиной волны λs последовательно с малой задержкой в моменты времени ts. Определяют орты направлений на объект со стороны s-x передатчиков на основе измеренных угловых координат объекта азимута и угла места (амплитудно-фазовым методом) и пересчитывают орты в единую систему координат в матричной форме:
4. Вычисляют в моменты времени ts, орты векторов направлений на объект в системах координат k-х приемников на основе измеренных угловых координат объекта азимута и угла места (амплитудно-фазовым методом) и пересчитывают орты в единую систему координат в матричной форме:
5. Измеряют доплеровские частоты fks в моменты ts в k-х приемниках:
где и - соответственно проекции вектора скорости на направления к объекту от s-го передатчика и k-го приемника в момент ts.
6. Вычисляют проекции скорости с помощью скалярных произведений:
и представляют систему mn уравнений (5) с учетом (6) в матричной форме:
где Λ - (mnxmn)-диагональная матрица, F - mn-вектор-столбец:
Λ=diag(λ1, …, λ1, …, λm, …, λm), F=(f1,1, …, f1,n, …, fm,1, …,fmn)Т.
7. Решают систему (7) методом наименьших квадратом с учетом невязок правых частей и вычисляют вектор оценок координат вектора скорости v объекта в матричной форме:
8. Если при m>1 и n>3 отказывает какой-либо приемник или передатчик, то соответствующие им строки в матрице А и векторе F исключают и все операции повторяют.
Замечание. Погрешность оценок скорости можно характеризовать СКО σ[Δνx] центрированной ошибки Δνx оценивания отдельной координаты вектора скорости с усреднением по числу mn на основе следа (Tr) ковариационной матрицы вектора ошибок по формуле:
где σΔf - СКО измерения доплеровского сдвига частоты.
В частном случае использования одного передатчика с длиной волны λ формулы (7)-(9) упрощаются и принимают вид
Заключение. Увеличение числа приемников и передатчиков, а также учет направлений на объект со всех точек пеленгации приводит к повышению точности оценок координат вектора скорости объекта и надежности работы системы в целом, что подтверждается расчетами (9) при моделировании.
Литература
1. Бакулев П.А. Радиолокационные системы: учебник для вузов. М.: Радиотехника, 2015. 440 с.
Claims (1)
- Способ определения вектора скорости объекта многопозиционной доплеровской системой, заключающийся в размещении нескольких n приемников, приеме в них сигналов отражения от объекта, ориентировании приемников в единой системе координат матрицами поворота осей координат, определении ортов a ks направлений на объект от k-х приемников () в моменты времени ts ( где m - количество таких моментов), измерении доплеровских сдвигов частот fks принимаемых в k-х приемниках сигналов в моменты времени ts и составлении n-вектора F доплеровских частот, пересчете координат ортов a ks в единую систему координат и формировании из них матрицы А, затем вычислении вектора V координат скорости объекта по формуле V=λA-1F, где λ - длина волны излучаемого передатчиком сигнала, отличающийся тем, что назначают произвольное число n приемников (n≥3), располагают удаленно от приемников s-e передатчики общим числом m ( m≥1) и ориентируют их в единой системе координат, затем излучают сигналы от передатчиков с разной длиной волны λs последовательно с малой задержкой в моменты времени ts, определяют орты bs направлений на объект со стороны s-x передатчиков () и пересчитывают орты в единую систему координат, затем помещают координаты ортов bs вместе с координатами ортов a k в состав (mnx3)-матрицы А и вычисляют вектор скорости по формуле V=(ATA)-1ATΛF, где Λ - диагональная матрица, составленная из λs, a F - mn-вектор-столбец доплеровских частот fks, кроме того, если при m>1 и n>3 отказывает какой-либо приемник или передатчик, то соответствующие им строки в матрице A и векторе F исключают и все операции повторяют.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118409A RU2743896C1 (ru) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | Способ определения вектора скорости объекта многопозиционной доплеровской системой |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118409A RU2743896C1 (ru) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | Способ определения вектора скорости объекта многопозиционной доплеровской системой |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2743896C1 true RU2743896C1 (ru) | 2021-03-01 |
Family
ID=74857419
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020118409A RU2743896C1 (ru) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | Способ определения вектора скорости объекта многопозиционной доплеровской системой |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2743896C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2803325C1 (ru) * | 2022-10-28 | 2023-09-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Способ определения координат и векторов скоростей нескольких объектов системой доплеровских приемников |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040233102A1 (en) * | 2001-05-04 | 2004-11-25 | Baugh Kevin W. | System and method for narrowband pre-detection signal processing for passive coherent location applications |
RU2516432C2 (ru) * | 2012-03-27 | 2014-05-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ определения местоположения источника радиоизлучения |
RU2694023C1 (ru) * | 2018-07-11 | 2019-07-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ нахождения сопряженных векторов направлений на движущиеся объекты |
RU2700275C1 (ru) * | 2018-11-12 | 2019-09-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения |
RU2699552C9 (ru) * | 2019-02-12 | 2019-11-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Способ пассивной однопозиционной угломерно-доплеровской локации перемещающихся в пространстве радиоизлучающих объектов |
-
2020
- 2020-05-25 RU RU2020118409A patent/RU2743896C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040233102A1 (en) * | 2001-05-04 | 2004-11-25 | Baugh Kevin W. | System and method for narrowband pre-detection signal processing for passive coherent location applications |
RU2516432C2 (ru) * | 2012-03-27 | 2014-05-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ определения местоположения источника радиоизлучения |
RU2694023C1 (ru) * | 2018-07-11 | 2019-07-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ нахождения сопряженных векторов направлений на движущиеся объекты |
RU2700275C1 (ru) * | 2018-11-12 | 2019-09-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения |
RU2699552C9 (ru) * | 2019-02-12 | 2019-11-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Способ пассивной однопозиционной угломерно-доплеровской локации перемещающихся в пространстве радиоизлучающих объектов |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2803325C1 (ru) * | 2022-10-28 | 2023-09-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Способ определения координат и векторов скоростей нескольких объектов системой доплеровских приемников |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2004265974B2 (en) | Target localization using TDOA distributed antenna | |
US7508344B2 (en) | Systems and methods for TDOA/FDOA location | |
RU2624461C1 (ru) | Способ определения координат объекта | |
AU2017232034B2 (en) | Ground-based, multi-bistatic interferometric radar system for measuring 2d and 3d deformations | |
WO2005119288A9 (en) | Method and system for determining the position of an object | |
Fokin | Passive geolocation with unmanned aerial vehicles using TDOA-AOA measurement processing | |
Nenashev et al. | Formation of radar image the earth's surface in the front zone review two-position systems airborne radar | |
US3484167A (en) | Formation flight control system | |
RU2713498C1 (ru) | Способ обзорной активно-пассивной латерационной радиолокации воздушно-космических объектов | |
CN104267420A (zh) | 一种星载对运动目标的三维定位方法、装置和系统 | |
RU2275649C2 (ru) | Способ местоопределения источников радиоизлучения и пассивная радиолокационная станция, используемая при реализации этого способа | |
RU2569843C1 (ru) | Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности в бортовой доплеровской рлс с линейной антенной решеткой | |
RU2402034C1 (ru) | Радиолокационный способ определения углового положения цели и устройство для его реализации | |
CN105487094A (zh) | 一种数据链与卫星导航协同定位方法及定位系统 | |
RU2743896C1 (ru) | Способ определения вектора скорости объекта многопозиционной доплеровской системой | |
CN105158754A (zh) | 一种利用多输入单输出无线电系统进行目标定位的方法 | |
CN101014877A (zh) | 使用tdoa分布型天线的目标定位法 | |
RU2483324C1 (ru) | Способ навигации летательного аппарата по радиолокационным изображениям земной поверхности | |
RU2670976C1 (ru) | Способ определения местоположения источника радиоизлучения с периодической структурой сигнала и вращающейся направленной антенной | |
RU2729459C1 (ru) | Способ определения пространственных координат и скоростей объектов сканирующей многопозиционной радиосистемой | |
RU2539558C1 (ru) | Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности и воздушной обстановки с помощью антенной решетки | |
RU38509U1 (ru) | Система многопозиционного определения координат загоризонтных объектов по излучениям их радиолокационных станций | |
US3864682A (en) | Binary phase coded navigation system (bicons) | |
RU2603971C1 (ru) | Способ измерения углов в фазовых многошкальных угломерных системах и устройство, его реализующее | |
RU2815168C1 (ru) | Способ определения собственного местоположения объекта в пространстве |