RU2805566C1 - Range-difference metering method for determining location of radio emission source under conditions of multipath propagation of radio waves - Google Patents
Range-difference metering method for determining location of radio emission source under conditions of multipath propagation of radio waves Download PDFInfo
- Publication number
- RU2805566C1 RU2805566C1 RU2023108331A RU2023108331A RU2805566C1 RU 2805566 C1 RU2805566 C1 RU 2805566C1 RU 2023108331 A RU2023108331 A RU 2023108331A RU 2023108331 A RU2023108331 A RU 2023108331A RU 2805566 C1 RU2805566 C1 RU 2805566C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- res
- pps
- iri
- coordinates
- determining
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам определения местоположения источника радиоизлучения (ИРИ), и предназначено для использования в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения ИРИ.The invention relates to radio engineering, namely to methods for determining the location of a radio emission source (RES), and is intended for use in navigation, direction finding, and location aids for determining the location of RES.
Известен способ определения координат источника радиоизлучения с борта летательного аппарата с использованием триортогональной рамочной антенной системы по патенту RUS №2709607 [1], согласно которому выполняют следующую последовательность действий:There is a known method for determining the coordinates of a radio emission source from an aircraft using a triorthogonal loop antenna system according to patent RUS No. 2709607 [1], according to which the following sequence of actions is performed:
принимают триортогональной рамочной антенной системой (ТОРАС) радиосигналы от ИРИ;receive radio signals from radioactive sources using a triorthogonal loop antenna system (TORAS);
измеряют координаты центров и углы ориентации ТОРАС в различные моменты времени в процессе полета летательного аппарата;measure the coordinates of the centers and orientation angles of the TORAS at various points in time during the flight of the aircraft;
определяют положения в пространстве векторов напряженности магнитного поля в различные моменты времени;determine the positions in space of the magnetic field strength vectors at different times;
формируют вспомогательные плоскости положения ИРИ;form auxiliary planes of the RES position;
определяют линии положения ИРИ как линии пересечения каждой из вспомогательных плоскостей положения ИРИ с поверхностью Земли;determine the position lines of the RES as the lines of intersection of each of the auxiliary planes of the RES position with the surface of the Earth;
вычисляют координаты ИРИ в точке пересечения линий положения ИРИ.calculate the coordinates of the RES at the point of intersection of the RES position lines.
Недостатком аналога является относительно низкая точность определения координат ИРИ в условиях многолучевого распространения радиоволн, обусловленная невозможностью исключения измерений, полученных по отраженной от различных препятствий волне.The disadvantage of the analogue is the relatively low accuracy of determining the coordinates of the RES in conditions of multipath propagation of radio waves, due to the impossibility of excluding measurements obtained from the wave reflected from various obstacles.
Известен способ определения местоположения пользовательского терминала с использованием двух спутников-ретрансляторов по патенту RUS №2605457 [2], согласно которому выполняют следующую последовательность действий:There is a known method for determining the location of a user terminal using two relay satellites according to RUS patent No. 2605457 [2], according to which the following sequence of actions is performed:
определяют расстояние между первым спутником-ретранслятором (CP) CP1 и пользовательским терминалом (ПТ);determine the distance between the first relay satellite (CP) CP 1 and the user terminal (UT);
определяют расстояние между вторым СР2 и ПТ;determine the distance between the second SR 2 and PT;
измеряют модуль азимут αПТ вектора скорости пользовательского терминала и его высоту hПТ относительно земной поверхности;measure modulus azimuth α PT of the speed vector of the user terminal and its height h 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 вероятные местоположения ПТ с учетом известных координат CP1, СР2 и определенных параметров calculate Doppler frequency shifts in the UMS first and second narrowband test signals, determined by the radial velocities of the PT relative to CP 1 and CP 2 , for which the probable locations of the PT are preliminarily determined taking into account the known coordinates of 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 доплеров-ских сдвигов частот determine at least one of the parameters: radial speed displacement of the first CP 1 relative to the PT, and/or radial speed movement of the second SR 2 relative to the PT, taking into account Doppler frequency shifts
вычисляют широту ϕПТ и долготу λПТ ПТ.calculate latitude ϕ PT and longitude λ PT PT.
Недостатком аналога является относительно низкая точностью определения координат ИРИ в условиях многолучевого распространения радиоволн, связанная с низкой точностью первичных измерений при наличии переотражений радиоволн от различных предметов.The disadvantage of the analogue is the relatively low accuracy of determining the coordinates of the RES in conditions of multipath propagation of radio waves, associated with the low accuracy of primary measurements in the presence of re-reflections of radio waves from various objects.
Из известных способов наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого способа по своей технической сущности является разностно-дальномерный способ определения местоположения источника радиоизлучения в условиях многолучевого распространения радиоволн (МРРВ) RUS №2714303 [3] заключающимся в том, что:Of the known methods, the closest analogue (prototype) of the proposed method in its technical essence is the difference-range-measuring method for determining the location of a radio emission source in conditions of multipath propagation of radio waves (MPRP) RUS No. 2714303 [3] consisting in the following:
на каждом из приемных пунктов (ПП) с известными координатами принимают сигнал ИРИ и по нему измеряют время прихода сигнала,at each of the receiving points (RP) with known coordinates, the IR signal is received and the time of arrival of the signal is measured from it,
для всех возможных пар ПП вычисляют разности времен прихода сигналов от ИРИ до ПП этой пары и по ним вычисляют соответствующие разности дальностей,for all possible pairs of PPs, the differences in arrival times of signals from the IR to the PP of this pair are calculated and the corresponding range differences are calculated from them,
формируют набор промежуточных оценок координат (ПОК) ИРИ путем определения разностно-дальномерным способом промежуточной оценки координат для каждой возможной комбинации из трех ПП,form a set of intermediate coordinate estimates (IOC) of the IRI by determining the intermediate coordinate estimate for each possible combination of three PP using the difference-rangefinder method,
из сформированных оценок составляют группы, каждая из которых содержит, по меньшей мере, четыре ПОК ИРИ,from the generated estimates, groups are formed, each of which contains at least four IRI QAPs,
для каждой сформированной группы вычисляют внутригрупповую дисперсию ПОК ИРИ,for each formed group, the intragroup variance of the IRI SOC is calculated,
выявляют ПП, находящиеся в условиях МРРВ по признаку превышения внутригрупповыми дисперсиями ПОК ИРИ предварительно заданного порога,identify PPs that are in MRR conditions based on the excess of intragroup variances of the IRI POC of a predetermined threshold,
в наборе ПОК ИРИ оставляют только те ПОК ИРИ, которые получены без использования выявленных ПП, находящихся в условиях МРРВ,in the set of IRI QAPs, only those IRI QAPs are left that were obtained without the use of identified PPs located under MRRV conditions,
для получения итоговой оценки координат ИРИ вычисляют среднее арифметическое оставшихся в наборе ПОК.To obtain the final estimate of the IRE coordinates, the arithmetic mean of the remaining SOCs in the set is calculated.
Недостатком способа прототипа [3] является относительно-невысокая точность определения координат ИРИ, обусловленная отсутствием учета высоты ИРИ, а также высот ПП при измерениях и расчетах.The disadvantage of the prototype method [3] is the relatively low accuracy of determining the coordinates of the RES, due to the lack of taking into account the height of the RES, as well as the heights of the PP during measurements and calculations.
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения координат ИРИ в 3-мерном пространстве в условиях МРРВ.The technical result of the invention is to increase the accuracy of determining the coordinates of the RES in 3-dimensional space under MRR conditions.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном разностно-дальномерном способе определения местоположения ИРИ в условиях МРРВ, заключающимся в том, что на каждом из ПП с известными координатами принимают радиосигнал ИРИ и относительно времени прихода радиосигнала от ИРИ, для всех возможных пар ПП измеряют разности времен прихода радиосигнала от ИРИ до ПП этой пары и по ним вычисляют соответствующие разности дальностей, формируют набор ПОК ИРИ путем определения разностно-дальномерным способом ПОК для различных комбинаций ПП, из этих оценок составляют группы, каждая из которых содержит, по меньшей мере, четыре ПОК ИРИ, для каждой сформированной группы вычисляют внутригрупповую дисперсию ПОК ИРИ, выявление ПП, находящихся в условиях МРРВ, осуществляют по признаку превышения внутригрупповыми дисперсиями ПОК ИРИ предварительно заданного порога, после чего в наборе ПОК ИРИ оставляют только те ПОК ИРИ, которые получены без использования выявленных ПП, находящихся в условиях МРРВ, для получения итоговой оценки координат ИРИ вычисляют среднее арифметическое оставшихся в наборе ПОК, ПП размещают в 3-мерном пространстве. Набор ПОК ИРИ формируют путем определения разностно-дальномерным способом ПОК в 3-мерном пространстве для каждой возможной комбинации из четырех ПП, не находящихся в одной плоскости. После формирования набора ПОК ИРИ из этих оценок составляют группы, каждая из которых содержит, по меньшей мере, четыре ПОК ИРИ. Для каждой сформированной группы вычисляют внутригрупповую дисперсию ПОК ИРИ. Выявление ПП, находящихся в условиях МРРВ, осуществляют по признаку превышения внутригрупповыми дисперсиями ПОК ИРИ предварительно заданного порога. В наборе ПОК ИРИ оставляют только те ПОК ИРИ, которые получены без использования выявленных ПП, находящихся в условиях МРРВ. Для получения итоговой оценки координат ИРИ вычисляют среднее арифметическое оставшихся в наборе ПОК.The specified technical result is achieved by the fact that in the known difference-rangefinder method for determining the location of a radioactive source under MRR conditions, which consists in the fact that at each of the PPs with known coordinates the radio signal of the RES is received and, relative to the time of arrival of the radio signal from the RES, the differences are measured for all possible pairs of PPs arrival times of the radio signal from the IR to the PP of this pair and from them the corresponding range differences are calculated, a set of IR QA is formed by determining the QA for various combinations of PP using the difference-rangefinder method, from these estimates groups are formed, each of which contains at least four QA IRI, for each formed group, the intra-group variance of the IRI QAPs is calculated, identification of PPs under MRR conditions is carried out based on whether the intragroup variances of the IRI QAPs exceed a predetermined threshold, after which only those IRI QAPs that are obtained without using the identified PPs are left in the set of IRI QAPs , which are in MRRV conditions, to obtain a final estimate of the coordinates of the IR, the arithmetic mean of the remaining SOCs in the set is calculated, and the PPs are placed in 3-dimensional space. A set of IRI SOCs is formed by determining the SOCs in a 3-dimensional space using the difference-rangefinder method for each possible combination of four PPs that are not located in the same plane. After forming a set of IRI QAPs, groups are formed from these estimates, each of which contains at least four IRI QAPs. For each formed group, the intragroup variance of the IRI SOC is calculated. Identification of PPs under MRR conditions is carried out based on the excess of intragroup variances of the IRI POC of a predetermined threshold. In the set of IRI QAPs, only those IRI QAPs are left that were obtained without the use of identified PPs located under MRRV conditions. To obtain the final estimate of the coordinates of the RES, the arithmetic mean of the remaining SOCs in the set is calculated.
ПП размещают в 3-мерном пространстве так, чтобы объем многогранника, образованного вершинами с точками, совпадающими с ПП был максимальным.The PP is placed in 3-dimensional space so that the volume of the polyhedron formed by the vertices with points coinciding with the PP is maximum.
Измерения и расчеты выполняют в декартовой системе координат OXYZ.Measurements and calculations are performed in the Cartesian coordinate system OXYZ.
Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков, в том числе за счет размещения ПП в 3-мерном пространстве и формирования набора ПОК ИРИ путем определения разностно-дальномерным способом ПОК в 3-мерном пространстве для каждой возможной комбинации из четырех ПП, достигается технический результат изобретения: повышение точности определения координат ИРИ в 3-мерном пространстве в условиях МРРВ. Заявленный способ поясняется чертежами, где:Thanks to the specified new set of essential features, including due to the placement of the PP in 3-dimensional space and the formation of a set of IRI QAPs by determining the QAP in 3-dimensional space using a difference-rangefinder method for each possible combination of four PPs, the technical result of the invention is achieved: increased accuracy of determining the coordinates of the RES in 3-dimensional space under MRR conditions. The claimed method is illustrated by drawings, where:
на фиг. 1 показаны сигнал ИРИ sи(t) и сигналы si(t), i=1, 2, …, N, принятые в i-х ПП;in fig. Figure 1 shows the RES signal s and (t) and the signals s i (t), i=1, 2, ..., N, received in the i-th PP;
на фиг. 2 показаны ИРИ, территориально распределенные ПП и расстояния di между ИРИ и i-ми ПП в выбранной ДСК OXYZ;in fig. Figure 2 shows the IR, geographically distributed PPs and the distances d i between the IR and the i-th PP in the selected DSK OXYZ;
на фиг. 3 показаны ИРИ, два территориально распределенных ПП, геометрическое место точек на плоскости в виде части двуполостного гиперболоида вращения Lij, образованного разностью расстояний di и dj в выбранной ДСК OXYZ;in fig. Figure 3 shows the IRI, two geographically distributed PPs, the geometric location of points on the plane in the form of a part of a two-sheet hyperboloid of rotation L ij formed by the difference in distances d i and d j in the selected DSC OXYZ;
на фиг. 4 показано геометрическое влияние эффекта отсутствия прямой видимости на ошибку определения местоположения разностно-дальномерным способом в выбранной ДСК OXYZ;in fig. Figure 4 shows the geometric influence of the effect of the lack of line of sight on the error in determining the location using the difference-rangefinder method in the selected OXYZ DSC;
на фиг. 5 показан пример промежуточных оценок координат определения местоположения ИРИ разностно-дальномерным способом при использовании пяти ПП в условиях прямой видимости (LOS, Line Of Sight);in fig. Figure 5 shows an example of intermediate estimates of the coordinates of determining the location of the RES using the difference-rangefinder method when using five PPs in line of sight conditions (LOS, Line Of Sight);
на фиг. 6 показан пример промежуточных оценок координат определения местоположения ИРИ разностно-дальномерным способом при использовании пяти ПП в условиях отсутствия прямой видимости (NLOS, Non Line Of Sight);in fig. Figure 6 shows an example of intermediate estimates of the coordinates of determining the location of the RES using the difference-rangefinder method when using five PPs in conditions of no line of sight (NLOS, Non Line Of Sight);
на фиг. 7 показан пример эмпирической зависимости дисперсии оценки координат от отношения сигнал/шум (ОСШ);in fig. Figure 7 shows an example of the empirical dependence of the dispersion of coordinate estimates on the signal-to-noise ratio (SNR);
на фиг. 8 показан пример ИРИ и шести территориально распределенных ПП в выбранной ДСК OXYZ;in fig. Figure 8 shows an example of an IRI and six geographically distributed PPs in the selected DSK OXYZ;
на фиг. 9 показан пример разброса ПОК ИРИ для различных групп ПП в выбранной ДСК OXYZ;in fig. Figure 9 shows an example of the dispersion of IRI SOCs for various groups of PPs in the selected DSC OXYZ;
на фиг. 10 показан пример функциональной схемы для реализации предлагаемого способа;in fig. 10 shows an example of a functional diagram for implementing the proposed method;
на фиг. 11 показана блок-схема алгоритма реализации предлагаемого способа.in fig. Figure 11 shows a block diagram of the algorithm for implementing the proposed method.
Согласно фиг. 10 в функциональную схему для реализации предлагаемого способа входят следующие последовательно соединенные блоки:According to FIG. 10, the functional diagram for implementing the proposed method includes the following series-connected blocks:
- блок измерения времени прихода сигнала на каждом пункте приема и определения собственных координат ПП посредством модулей Глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС);- a unit for measuring the time of arrival of a signal at each receiving point and determining its own coordinates of the PP using Global Navigation Satellite Systems (GNSS) modules;
- блок вычисления разности времен прихода сигнала от ИРИ до ПП этой пары и вычисления соответствующих разностей дальностей;- a block for calculating the difference in the arrival times of the signal from the IR to the PP of this pair and calculating the corresponding range differences;
- блок формирования набора всевозможных комбинаций из четырех пунктов приема и вычисления набора промежуточных оценок координат (ПОК) ИРИ разностно-дальномерным способом для каждой из сформированных комбинаций;- a block for generating a set of all possible combinations from four receiving points and calculating a set of intermediate coordinate estimates (IOC) of the IRE using the difference-rangefinder method for each of the generated combinations;
- блок групповой обработки ПОК, оценки внутригрупповой дисперсии ПОК и выявления ПП, находящихся в условиях МРРВ;- block of group processing of POC, assessment of intragroup dispersion of POC and identification of PPs under MRR conditions;
- блок вычисления итоговой оценки координат ИРИ на основе среднего арифметического из набора промежуточных оценок координат ИРИ с учетом выявленных ПП, находящихся в условиях МРРВ.- a block for calculating the final estimate of the coordinates of the RES based on the arithmetic mean from a set of intermediate estimates of the coordinates of the RES, taking into account the identified PPs located in MRR conditions.
Реализация предлагаемого способа в устройстве, приведенном на фиг. 10 с учетом блок-схемы алгоритма, приведенной на фиг. 11, а также фиг. 1-9 осуществляется следующим образом.Implementation of the proposed method in the device shown in Fig. 10 taking into account the flowchart of the algorithm shown in FIG. 11, and also FIG. 1-9 is carried out as follows.
Определение местоположения разностно-дальномерным способом производят на основе обработки измеренных разностей времен прихода сигналов (см. фиг. 1), принятых от источника радиоизлучения I синхронизированными территориально распределенными N приемными пунктами K1, K2, …, Ki, …, KN (см. фиг. 2).Determination of location using the difference-rangefinding method is carried out on the basis of processing the measured differences in the arrival times of signals (see Fig. 1) received from a radio source I by synchronized geographically distributed N receiving points K 1 , K 2 , ..., K i , ..., K N ( see Fig. 2).
Сигнал, принятый i-м приемным пунктом, можно представить выражением si(t)=αisи(t-ti)+ni(t), i=1, 2, …, N, где принятый сигнал αis(t-ti) является задержанной на ti=di/c копией переданного ИРИ сигнала sи(t), ослабленного в αi раз при распространении на расстояние di между ИРИ и i-м приемны пунктом; ni{t) - шум в точке расположения i-го приемного пункта; с - скорость света.The signal received by the i-th receiving point can be represented by the expression s i (t)=α i s and (tt i )+n i (t), i=1, 2, …, N, where the received signal α i s( tt i ) is a delayed copy of the transmitted signal s and (t) by t i =d i /c, weakened by α i times when propagating over a distance d i between the source and the i-th receiving point; n i {t) - noise at the location of the i-th receiving point; c is the speed of light.
Исходными данными для предлагаемого разностно-дальномерного способа являются известные координаты ПП, получаемые посредством модулей ГНСС, а также измеренные на каждом ПП времена прихода сигнала от ИРИ. Зная времена прихода, можно вычислить разности времен прихода сигналов Δtij=ti-tj, i,j=1, 2, …, N, i≠j, по которым вычисляются разности дальностей Δdij=di-dj=с⋅Δtij, где di - расстояние между ИРИ и i-м ПП (см. фиг. 2); dj - расстояние между ИРИ и j-м ПП.The initial data for the proposed difference-rangefinding method are the known coordinates of the PP, obtained by means of GNSS modules, as well as the times of arrival of the signal from the IR measured at each PP. Knowing the arrival times, it is possible to calculate the differences in the arrival times of signals Δt ij =t i -t j , i,j=1, 2, …, N, i≠j, from which the differences in ranges Δd ij =d i -d j =с are calculated ⋅Δt ij , where d i is the distance between the RES and the i-th PP (see Fig. 2); d j is the distance between the IRI and the j-th PP.
Пусть (хi, уi, zi) - координаты i-го ПП Ki, (xj,yj,zj) - координаты j-го ПП Kj, (x0, y0, z0) - неизвестные координаты ИРИ, тогда di и dj определяются по известным формулам [4] Let (x i , y i , z i ) be the coordinates of the i-th PP K i , (x j , y j , z j ) be the coordinates of the j-th PP K j , (x 0 , y 0 , z 0 ) - unknown coordinates of the IRE, then d i and d j are determined by known formulas [4]
Разность дальностей Δdij=di-dj позволяет построить часть двуполостного гиперболоида вращения Lij в выбранной ДСК OXYZ - геометрическое место точек плоскости, для которых абсолютное значение разности расстояний от ИРИ I до пары точек Ki и Kj постоянно (см. фиг. 3).The difference in ranges Δd ij =d i -d j makes it possible to construct part of a two-sheet hyperboloid of rotation L ij in the selected DSC OXYZ - the geometric locus of points in the plane for which the absolute value of the difference in distances from the IRI I to a pair of points K i and K j is constant (see Fig .3).
При определении местоположения ИРИ в 3-мерном пространстве необходимо найти пересечение как минимум трех двуполостных гиперболоидов вращения, например, L12, L13 и L14, для чего требуются минимум четыре ПП K1, K2, K3, K4.When determining the location of the RES in 3-dimensional space, it is necessary to find the intersection of at least three two-sheet hyperboloids of revolution, for example, L 12 , L 13 and L 14 , which requires at least four PPs K 1 , K 2 , K 3 , K 4 .
Рассмотрим качественный пример влияния эффекта отсутствия прямой видимости NLOS (Non-Line-Of-Sight) в условиях многолучевого распространения радиоволн на одном из ПП на точность определения местоположения разностно-дальномерным способом (см. фиг. 4).Let's consider a qualitative example of the influence of the effect of the lack of line of sight NLOS (Non-Line-Of-Sight) in conditions of multipath propagation of radio waves at one of the PPs on the accuracy of determining the location using the difference-rangefinder method (see Fig. 4).
При наличии прямой видимости LOS (Line-Of-Sight) каждое измерение разности дальностей Δdij определяет двуполостный гиперболоид вращения, а пересечение не менее трех двуполостных гиперболоидов вращения определяет местоположение ИРИ. На фиг. 4 представлена ситуация, когда в определении местоположения участвуют 4 ПП: 3 приемных пункта K1, K2, K4 имеют измерения по прямой видимости LOS; один приемный пункт K3 закрыт препятствием W от ИРИ и имеет измерения NLOS, полученные в результате переотражения от отражателя V, что приводит к увеличению дальномерного измерения с d3 до Указанная ошибка приведет к тому, что при определении координат ИРИ разностно-дальномерным способом вместо координат точки I будут определены координаты точки I'.In the presence of LOS (Line-Of-Sight), each measurement of the range difference Δd ij determines a two-sheet hyperboloid of rotation, and the intersection of at least three two-sheet hyperboloids of rotation determines the location of the IRE. In fig. Figure 4 shows a situation when 4 PPs are involved in determining the location: 3 receiving points K 1 , K 2 , K 4 have line-of-sight LOS measurements; one receiving point K 3 is covered by an obstacle W from the RES and has NLOS measurements obtained as a result of re-reflection from the reflector V, which leads to an increase in the rangefinder measurement from d 3 to This error will lead to the fact that when determining the coordinates of the RES using the difference-rangefinder method, instead of the coordinates of point I, the coordinates of point I' will be determined.
В заявляемом изобретении ПП с отсутствием прямой видимости выявляются и затем исключаются из процесса определения местоположения ИРИ.In the claimed invention, PPs with no line of sight are identified and then excluded from the process of determining the location of the RES.
В общем случае количество пар ПП определяется биномиальным коэффициентом из n по k, или числом сочетаний из n по k.In general, the number of PP pairs is determined by the binomial coefficient from n to k, or the number of combinations from n to k.
В каждой паре ПП можно измерить разность времен прихода сигналов Δtij,In each pair of PPs, the difference in signal arrival times Δt ij can be measured,
по которой можно вычислить разность дальностей Δdij и построить соответствующий двуполостный гиперболоид вращения Lij. Если все ПП находятся в условиях прямой видимости LOS, тогда гиперболоиды вращения пересекаются в одной точке - истинном местоположении ИРИ.from which it is possible to calculate the difference in ranges Δd ij and construct the corresponding two-sheet hyperboloid of rotation L ij . If all PPs are in line-of-sight LOS conditions, then the hyperboloids of rotation intersect at one point - the true location of the IRE.
На практике из-за влияния шумов возникают ошибки оценивания Δdij, и двуполостные гиперболоиды вращения Lij отклоняются от точки расположения ИРИ. Однако для большинства реальных ситуаций эти отклонения будут небольшими.In practice, due to the influence of noise, estimation errors Δd ij arise, and two-sheet hyperboloids of rotation L ij deviate from the location point of the RES. However, for most real-life situations these deviations will be small.
В качестве признака, по которому возможно выявлять ПП, находящийся в условиях NLOS, предлагается использовать внутригрупповую дисперсию промежуточных оценок координат ИРИ, суть которой удобно пояснить на примере. Рассмотрим группу из пяти ПП в условиях прямой видимости (LOS, Line Of Sight) (см. фиг. 5) и ту же группу в условиях отсутствия прямой видимости (NLOS, Non Line Of Sight) (см. фиг. 6).As a sign by which it is possible to identify a PP that is in NLOS conditions, it is proposed to use the intragroup dispersion of intermediate estimates of the coordinates of the IRI, the essence of which is convenient to explain with an example. Let's consider a group of five PPs under line-of-sight conditions (LOS, Line Of Sight) (see Fig. 5) and the same group under non-line of sight conditions (NLOS, Non Line Of Sight) (see Fig. 6).
Количественно разброс группы ПОК ИРИ можно оценить с помощью внутригрупповой дисперсии D=((r1234)2+(r1235)2+(r1245)2+(r1345)2+(r2345)2)/5, где r1234, r1235, r1245, r1345, r2345 - удаления соответственно ПОК М1234, М1235, M1245, M1345, M2345 от средних координат Мср=(xcp, ycp, zcp) группы из пяти ПП.The dispersion of the IRI POC group can be quantitatively assessed using the intragroup dispersion D=((r 1234 ) 2 +(r 1235 ) 2 +(r 1245 ) 2 +(r 1345 ) 2 +(r 2345 ) 2 )/5, where r 1234 , r 1235 , r 1245 , r 1345 , r 2345 - removals, respectively, of the POC M 1234 , M 1235 , M 1245 , M 1345 , M 2345 from the average coordinates M av = (x cp , y cp , z cp ) of a group of five PP .
Если все ПП находятся в условиях прямой видимости LOS, то разброс ПОК ИРИ будет небольшим, обусловленным лишь влиянием шумов (см. фиг. 5). Если же некоторые ПП находятся в условиях отсутствия прямой видимости NLOS, то разброс ПОК ИРИ будет большим, обусловленным и влиянием шумов и отклонением двуполостных гиперболоидов вращения от ИРИ (см. фиг. 6).If all PPs are in line-of-sight LOS conditions, then the spread of the IR SOC will be small, due only to the influence of noise (see Fig. 5). If some PPs are in conditions where there is no direct visibility of the NLOS, then the scatter of the SOC of the IRI will be large, due to both the influence of noise and the deviation of the two-sheet hyperboloids of rotation from the IRI (see Fig. 6).
Для выявления приемных пунктов, находящихся в условиях отсутствия прямой видимости (многолучевого распространения радиоволн), предлагается сравнивать внутригрупповую дисперсию D с некоторым эмпирическим порогом Dпор.To identify receiving points located in conditions of lack of line of sight (multipath propagation of radio waves), it is proposed to compare the intragroup dispersion D with a certain empirical threshold D pores .
Если дисперсия D превышает порог D>Dпop, значит в группе из четырех ПП один или более приемных пунктов находятся в условиях NLOS.If the variance D exceeds the threshold D>D pop , then in a group of four PPs one or more receiving points are in NLOS conditions.
Если дисперсия не превышает порог D≤Dпop, значит все ПП группы находятся в условиях LOS. Для получения эмпирического порога Dпop возможно использовать предварительно полученную эмпирическую зависимость дисперсии оценки координат от отношения сигнал/шум ОСШ (см. фиг. 7).If the variance does not exceed the threshold D≤D pop , then all PP groups are in LOS conditions. To obtain the empirical threshold D pop, it is possible to use the previously obtained empirical dependence of the dispersion of the coordinate estimate on the signal-to-noise ratio SNR (see Fig. 7).
Имея только пять ПП, предложенным способом возможно лишь установить факт отсутствия прямой видимости на одном или нескольких ПП.Having only five PPs, the proposed method can only establish the fact that there is no line of sight at one or more PPs.
Для выявления того, какие именно ПП находятся в условиях NLOS необходимо более пяти ПП. Поясним это на примере. Пусть имеется шесть ПП (N=6) (см. фиг. 8). Из шести ПП можно составить шесть групп по пять ПП S5/6={F12345, F12346, F12356, F12456, F13456, F23456}, Fijkmg={Ki, Kj, Kk, Km, Kg}, i≠j≠k≠m≠g, где Fijkmg - группа из пяти ПП Ki., Kj, Kk, Km и Kg.To identify which specific PPs are under NLOS conditions, more than five PPs are needed. Let's explain this with an example. Let there be six PPs (N=6) (see Fig. 8). From six PPs, six groups of five PPs can be made S 5/6 ={F 12345 , F 12346 , F 12356 , F 12456 , F 13456 , F 23456 }, F ijkmg ={K i , K j , K k , K m , K g }, i≠j≠k≠m≠g, where F ijkmg is a group of five PPs K i ., K j , K k , K m and K g .
Для каждой группы можно получить четыре ПОК ИРИ и найти их внутригрупповую дисперсию. Пусть опять в условиях NLOS K2, тогда группы F12345, F12346, F12356, F12456, F23456 будут иметь большую внутригрупповую дисперсию, так как они включают K2, а группа F13456 будет иметь малую внутригрупповую дисперсию, так как она не включает K2 (см. фиг. 9).For each group, you can obtain four IRI SOCs and find their intragroup variance. Let again, under NLOS conditions, K 2 , then the groups F 12345 , F 12346 , F 12356 , F 12456 , F 23456 will have a large within-group variance, since they include K 2 , and the group F 13456 will have a small within-group variance, since it does not include K 2 (see Fig. 9).
Следовательно, для выявления ПП находящихся в условиях NLOS (многолучевого распространения радиоволн) следует определить какие приемные пункты повторяются во всех группах с превышением внутригрупповой дисперсией заданного порога. После этого следует во всех группах удалить из обработки все ПОК ИРИ, которые получены с использованием выявленных ПП. Итоговую оценку координат ИРИ можно найти, усреднив оставшиеся ПОК ИРИ, например, вычислив их среднее арифметическое.Therefore, to identify PPs located in NLOS (multipath propagation of radio waves) conditions, it is necessary to determine which receiving points are repeated in all groups with intragroup dispersion exceeding a given threshold. After this, in all groups it is necessary to remove from processing all IRI QAPs that were obtained using the identified PPs. The final estimate of the coordinates of the IRE can be found by averaging the remaining POK of the IRE, for example, by calculating their arithmetic mean.
С учетом указанных особенностей для реализации заявленного изобретения последовательно выполняют следующую последовательность действий:Taking into account these features, to implement the claimed invention, the following sequence of actions is sequentially performed:
- размещают множество приемных пунктов сигнала в 3-мерном пространстве; в этих ПП осуществляют прием сигнала от ИРИ и измерение времени прихода измеренного сигнала, а также определение собственных координат, например, посредством модулей ГНСС, которые также решают задачу локальной синхронизации территориально-распределенных ПП;- place a plurality of signal receiving points in 3-dimensional space; in these PPs they receive a signal from the IR and measure the time of arrival of the measured signal, as well as determine their own coordinates, for example, through GNSS modules, which also solve the problem of local synchronization of geographically distributed PPs;
- из всего множества ПП составляют все возможные пары ПП; для каждой пары ПП измеряют разность времени прихода сигнала от ИРИ до ПП этой пары; по измеренной разности времени прихода сигнала от ИРИ в каждой паре вычисляют разность дальностей от ИРИ до приемных пунктов этой пары;- from the entire set of PPs, all possible pairs of PPs are made; for each pair of PPs, the difference in the arrival time of the signal from the IR to the PP of this pair is measured; from the measured difference in the arrival time of the signal from the RES in each pair, the difference in distances from the RES to the receiving points of this pair is calculated;
- из всего множества ПП формируют все возможные комбинации по четыре приемных пункта; для каждой комбинации из четырех приемных пунктов разностно-дальномерным способом находят координаты ИРИ в 3-мерном пространстве, которые принимают за промежуточную оценку координат ИРИ; таким образом формируют набор ПОК ИРИ.- from the entire set of PPs, all possible combinations of four receiving points are formed; for each combination of four receiving points, the coordinates of the RES in 3-dimensional space are found using the difference-rangefinder method, which are taken as an intermediate estimate of the coordinates of the RES; thus forming a set of POK IRI.
- из набора ПОК составляют все возможные группы по четыре ПОК;- from a set of QAPs, all possible groups of four QAPs are made;
- для каждой группы вычисляют внутригрупповую дисперсию ПОК ИРИ;- for each group, the intragroup dispersion of the IRI POK is calculated;
- вычисленную внутригрупповую дисперсию ПОК ИРИ каждой группы сравнивают с заданным эмпирическим порогом; считают, что превышение внутригрупповой дисперсией заданного порога означает наличие в этой группе ПП, находящихся в условиях МРРВ;- the calculated intragroup dispersion of the IRI SOC of each group is compared with a given empirical threshold; they believe that the excess of the intragroup dispersion of a given threshold means the presence in this group of PPs who are in conditions of MRR;
- для каждой группы, у которой внутригрупповая дисперсия превысила порог, запоминают входящие в ее состав ПП; к выявленным ПП, находящимся в условиях МРРВ, относят те ПП, которые повторяются во всех группах с превышением внутригрупповой дисперсией заданного порога;- for each group in which the intragroup dispersion exceeded the threshold, the PP included in its composition are remembered; identified PPs under MRRV conditions include those PPs that are repeated in all groups with intragroup dispersion exceeding a given threshold;
- из набора ПОК ИРИ исключают ПОК, которые были получены с использованием выявленных ПП, находящихся в условиях МРРВ;- from the set of IRI QAPs, QAPs that were obtained using identified PPs located under MRRV conditions are excluded;
- вычисляют итоговую оценку координат ИРИ в 3-мерном пространстве на основе обновленного набора ПОК ИРИ с учетом исключенных ПОК, полученных с использованием выявленных ПП, находящихся в условиях МРРВ.- calculate the final estimate of the coordinates of the irI in 3-dimensional space based on the updated set of QAPs of the IRI, taking into account the excluded QOCs obtained using the identified PPs located in the MRR conditions.
Имитационное моделирование заявленного способа определения местоположения ИРИ в специальном программном обеспечении Matlab [5] показало повышение точности измерения координат источника радиоизлучений по сравнению со способом прототипом на 10…20% (в зависимости от взаимного расположения ИРИ и ПП), при решении задачи оценивания местоположения ИРИ по единственному измеренному сигналу в условиях многолучевого распространения радиоволн, что указывает на возможность достижения указанного технического результата.Simulation modeling of the claimed method for determining the location of RES in special Matlab software [5] showed an increase in the accuracy of measuring the coordinates of the source of radio emissions compared to the prototype method by 10...20% (depending on the relative position of the RES and PP), when solving the problem of estimating the location of the RES by the only measured signal under conditions of multipath propagation of radio waves, which indicates the possibility of achieving the specified technical result.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Богдановский С. В., Дедовская Э.Г., Севидов В.В., Симонов А.Н., Фокин Г.А. Способ определения координат источника радиоизлучения с борта летательного аппарата с использованием триортогональной рамочной антенной системы. Патент №2709607. МПК G01S 5/04 (2006.01). Бюл. №35 от 19.12.19. Заявка №2019100254 от 09.01.2019.1. Bogdanovsky S.V., Dedovskaya E.G., Sevidov V.V., Simonov A.N., Fokin G.A. A method for determining the coordinates of a radio emission source from an aircraft using a triorthogonal loop antenna system. Patent No. 2709607.
2. Волков Р.В., Саяпин В.Н., Севидов В.В. Способ определения местоположения пользовательского терминала с использованием двух спутников-ретрансляторов. Патент №2605457. МПК G01S 5/00 (2006.01). Бюл. №35 от 20.12.16. Заявка №2015139916 от 18.09.15 г.2. Volkov R.V., Sayapin V.N., Sevidov V.V. A method for determining the location of a user terminal using two relay satellites. Patent No. 2605457.
3. Борисов Е.Г., Фокин Г.А., Симонов А.Н., Севидов В.В. Разностно-дальномерный способ определения местоположения источника радиоизлучения в условиях многолучевого распространения радиоволн. Патент №2714303. МПК G01S 5/06 (2006.01). Бюл. №5 от 14.02.20. Заявка №2019115359 от 20.05.2019.3. Borisov E.G., Fokin G.A., Simonov A.N., Sevidov V.V. Difference-rangefinder method for determining the location of a radio emission source in conditions of multipath propagation of radio waves. Patent No. 2714303.
4. Ануфриев А.А., Богдановский С. В., Севидов В.В., Чиркин П.М., Шипунов В.А. Итерационный алгоритм Ньютона-Рафсона в разностно-дальномерной системе координатометрии. Журнал «Научная мысль». Т. 8. №2(32). - Череповец.: ЧВВИУРЭ, 2019. С. 72-78.4. Anufriev A.A., Bogdanovsky S.V., Sevidov V.V., Chirkin P.M., Shipunov V.A. Iterative Newton-Raphson algorithm in the difference-range coordinate system. Journal "Scientific Thought". T. 8. No. 2(32). - Cherepovets: ChVVIURE, 2019. pp. 72-78.
5. Севидов В.В. Программа оценки точности разностно-дальномерной системы координатометрии, реализующей итерационный способ Ньютона-Рафсона. Программа для ЭВМ. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2022669149, 17.10.2022. Заявка №2022668341 от 10.10.2022.5. Sevidov V.V. A program for assessing the accuracy of a difference-range-measuring coordinateometry system that implements the Newton-Raphson iterative method. Computer program. Certificate of registration of a
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2805566C1 true RU2805566C1 (en) | 2023-10-19 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2258242C2 (en) * | 2003-06-23 | 2005-08-10 | Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского | Method and device for difference-range finding direction finding of radio emission source |
US7911385B2 (en) * | 2009-02-27 | 2011-03-22 | Harris Corporation | RF transmitter geolocation system and related methods |
US7994982B2 (en) * | 2009-06-12 | 2011-08-09 | Raytheon Company | Method and apparatus for bounded time delay estimation |
CN108415005A (en) * | 2018-02-06 | 2018-08-17 | 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 | A kind of passive location delay time estimation method and device |
RU2677852C1 (en) * | 2018-01-22 | 2019-01-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for determining location of mobile source of radio emission, transferring its coordinates with unknown displacement, two-positioning system with high-dimensional measurement point |
RU2714303C1 (en) * | 2019-05-20 | 2020-02-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" | Difference-range-finding method for determining the location of a radio-frequency source in multipath propagation of radio waves |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2258242C2 (en) * | 2003-06-23 | 2005-08-10 | Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского | Method and device for difference-range finding direction finding of radio emission source |
US7911385B2 (en) * | 2009-02-27 | 2011-03-22 | Harris Corporation | RF transmitter geolocation system and related methods |
US7994982B2 (en) * | 2009-06-12 | 2011-08-09 | Raytheon Company | Method and apparatus for bounded time delay estimation |
RU2677852C1 (en) * | 2018-01-22 | 2019-01-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for determining location of mobile source of radio emission, transferring its coordinates with unknown displacement, two-positioning system with high-dimensional measurement point |
CN108415005A (en) * | 2018-02-06 | 2018-08-17 | 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 | A kind of passive location delay time estimation method and device |
RU2714303C1 (en) * | 2019-05-20 | 2020-02-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" | Difference-range-finding method for determining the location of a radio-frequency source in multipath propagation of radio waves |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
АНУФРИЕВ А.А., БОГДАНОВСКИЙ С. В., СЕВИДОВ В.В., ЧИРКИН П.М., ШИПУНОВ В.А. Итерационный алгоритм Ньютона-Рафсона в разностно-дальномерной системе координатометрии // Журнал "Научная мысль". 2019. Т. 8. N 2(32). Сс. 72-78. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111221018B (en) | GNSS multi-source information fusion navigation method for inhibiting marine multipath | |
US7187327B2 (en) | Method and system for determining the position of an object | |
JP2007502414A (en) | Target location method and apparatus using TDOA distributed antenna | |
WO2005119288A9 (en) | Method and system for determining the position of an object | |
RU2704029C1 (en) | Time method for determining range to a radio-frequency scanning source without bearing measurement | |
JP2016501365A (en) | Method and associated apparatus for estimating error level in satellite geolocation measurement and monitoring reliability of said estimation | |
RU2695642C1 (en) | Method for determining the location of a ground-based radiation source | |
RU2649073C1 (en) | Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon | |
RU2613369C1 (en) | Method of aircraft navigation using high-precision single-phase direction finder and address-respond packet digital radio link in decameter waves range | |
RU2686481C1 (en) | Adaptive method of spatial identification of bearings with ground radio sources and system for implementation thereof | |
RU2805566C1 (en) | Range-difference metering method for determining location of radio emission source under conditions of multipath propagation of radio waves | |
US6028823A (en) | Geodetic position estimation for underwater acoustic sensors | |
RU2670976C1 (en) | Method for determining location of radio source with periodic structure of signal and rotating directed antenna | |
CN115840192B (en) | Indoor positioning method based on space estimation spectrum confidence estimation | |
RU2714303C1 (en) | Difference-range-finding method for determining the location of a radio-frequency source in multipath propagation of radio waves | |
RU2692702C1 (en) | Method of primary identification of position measurements and location of targets in a ground-based spatially distributed radio navigation system in conditions of multi-purpose environment | |
RU2713193C1 (en) | Method for inter-position identification of measurement results and determination of coordinates of aerial targets in a multi-position radar system | |
JP5566599B2 (en) | Navigation system having a device for detecting inaccuracy | |
RU2689770C1 (en) | Method of identifying position measurements and determining the location of aerial targets in a spatially distributed radio navigation system in a multi-target environment | |
RU2716834C1 (en) | Method of determining location of a receiver of signals of aviation telecommunication systems | |
RU2807301C1 (en) | Method for determining location of radar station with scanning pattern | |
RU2713814C1 (en) | Method of determining geographic coordinates of an underwater object | |
RU2661336C2 (en) | Method for increasing the accuracy in determining the angles of spatial orientation of a vessel in conditions of violation of the structure of received gnss signals by vessel infrastructure | |
Agate et al. | Ground-based emitter location in the presence of multipath | |
RU2742581C1 (en) | Time method for determining spatial coordinates of scanning radio radiation source |