способ радионавигационных измерений в импульсно-фазовой радионавигационной системе

Формула изобретения

Способ радионавигационных измерений в импульсно-фазовой радионавигационной системе, заключающийся в том, что излучают передающей станцией радионавигационной системе, расположенной в месте с известными географическими координатами, радиоимпульсные навигационные сигналы в соответствии с временной шкалой, формируемой опорным генератором передающей станции, принимают радиоимпульсные навигационные сигналы на подвижном объекте и измеряют временное положение принятых радиоимпульсных навигационных сигналов относительно начальной метки временной шкалы, формируемой опорным генератором подвижного объекта, отличающийся тем, что дополнительно формируют вспомогательный сигнал на передающей станции радионавигационной системы, временное положение которого связано известным образом с излучаемым радиоимпульсным навигационным сигналом, излучают вспомогательный сигнал, принимают его на подвижном объекте, фиксируют на временной шкале подвижного объекта отметку времени, соответствующую моменту приема вспомогательного сигнала, переизлучают принятый вспомогательный сигнал, принимают переизлученный сигнал на передающей станции, определяют значение времени распространения вспомогательного сигнала от передающей станции до подвижного объекта посредством измерения временного интервала между моментом излучения вспомогательного сигнала передающей станцией и моментом его обратного приема, формируют информационный сигнал, несущий сообщение о времени распространения вспомогательного сигнала, передают его на подвижный объект по каналу радиосвязи, где в соответствии с переданным сообщением о времени распространения вспомогательного сигнала и зафиксированным временным положением отметки времени, соответствующей моменту приема вспомогательного сигнала, устанавливают положение начальной метки на временной шкале подвижного объекта, относительно которой в дальнейшем производят измерения временного положения принимаемых радиоимпульсных навигационных сигналов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радионавигации и может быть использовано в аппаратуре импульсно-фазовых радионавигационных систем типа Лоран-С при решении навигационных задач, связанных с определением дальности от подвижного объекта до передающей станции радионавигационной системы.

Известен способ радионавигационных измерений [1, с. 458-462, рис. 277], решающий в радионавигационной системе ближнего действия "Шоран" задачу определения дальности от подвижного объекта до наземной отражающей станции. Способ заключается в следующем. С помощью радиопередатчика подвижного объекта в определенные моменты времени, устанавливаемые в соответствии с временной шкалой формируемой опорным генератором подвижного объекта, периодически излучают радиоимпульсный сигнал запроса в диапазоне УКВ. Сигнал запроса принимают на наземной отражающей станции радионавигационной системы, расположенной в месте с известными географическими координатами, и переизлучают его. Переизлученный сигнал принимают на подвижном объекте, фиксируют время его обратного приема относительно временной шкалы подвижного объекта и определяют значение времени распространения сигнала запроса от подвижного объекта до отражающей станции как половину временного интервала между моментом его излучения и моментом обратного приема. При известной скорости распространения радиоволн определенное таким образом время распространения сигнала запроса от подвижного объекта до отражающей станции позволяет определить искомое расстояние между ними.

Геометрическое место точек, соответствующее этому расстоянию, образует на земной поверхности изолинию - окружность с центром, отнесенным к месту расположения отражающей станции. Место подвижного объекта определяется пересечением двух изолиний - окружностей, построенных указанным образом по расстояниям, измеряемым до двух отражающих станций радионавигационной системы, расположенных на определенном удалении друг от друга в местах с известными географическими координатами.

В радионавигационных системах, реализующих рассмотренный способ радионавигационных измерений, для измерения расстояний до разных отражающих станций могут использоваться разные частоты в диапазоне УКВ для передачи соответствующих сигналов запроса. При этом отражающие станции могут работать независимо друг от друга и связь между ними не обязательна. Наибольшая дальность действия систем, использующих УКВ-сигналы запроса, определяется расстояниями прямой видимости антенн подвижного объекта и отражающих станций, что определяет их как системы ближнего действия.

Известны радионавигационные системы, работающие на длинных (километровых) радиоволнах в диапазоне частот 30-300 кГц [2, с. 34, табл. 1.3] , в частности импульсно-фазовые радионавигационные системы (ИФРНС) типа Лоран-С, работающие на несущих частотах 100 кГц. Обычно ИФРНС состоит из нескольких стационарных наземных передающих станций с аппаратурой для управления и контроля за передачей радиоимпульсных навигационных сигналов, а также подвижных объектов с аппаратурой для приема радиоимпульсных навигационных сигналов, измерения навигационных параметров и преобразования результатов измерений в географические (или другие, удобные для потребителя) координаты. Передающие станции ИФРНС устанавливаются для обслуживания некоторой площади земной поверхности в точках с известными координатами. Радиоимпульсные навигационные сигналы, излучаемые передающими станциями ИФРНС, представляют собой, например, в ИФРНС Лоран-С, радиоимпульсы с несущей частотой 100 кГц, излучаемые пачками по 8-9 импульсов с периодичностью 40-100 мс [1, с. 475-481], [2, с. 147-150].

Среди ИФРНС типа Лоран-С известны также мобильные системы, предназначенные для обслуживания сравнительно небольших площадей, например ИФРНС Accufix, Pulse-8 и др., получившие общее название мини-Лоран [3, с. 5-6]. Все технические данные этих систем, кроме мощности излучения и дальности действия, соответствуют данным стационарных ИФРНС Лоран-С, что позволяет подвижным объектам использовать одну и ту же бортовую аппаратуру для определения своего местоположения.

В ИФРНС типа Лоран-С (как стационарных, так и мобильных) как правило реализуется известный разностно-дальномерный способ радионавигационных измерений, связанный с определением разностей расстояний от подвижного объекта до передающих станций, где одна станция является ведущей, а остальные - ведомыми, и где излучение ведомой станции строго засинхронизировано с излучением ведущей станции. В таком способе радионавигационных измерений, описанном в частности в [3, с. 7-10], измеряемой величиной является временной интервал между моментами поступления на подвижной объект радиоимпульсных навигационных сигналов ведущей и ведомой станций. При этом способе радионавигационных измерений излучают ведущей станцией радионавигационной системы, расположенной в месте с известными географическими координатами, радиоимпульсные навигационные сигналы в соответствии с временной шкалой, формируемой опорным генератором ведущей станции, принимают эти сигналы на ведомой станции, расположенной на удалении от ведущей в другом месте с известными географическими координатами, излучают ведомой станцией радиоимпульсные навигационные сигналы с заданной задержкой по отношению к соответствующим сигналам ведущей станции, принимают радиоимпульсные навигационные сигналы ведущей и ведомой станций на подвижном объекте и измеряют временной интервал между моментами их приема.

При известной скорости распространения радиоимпульсных навигационных сигналов измеренный временной интервал, соответствующий разности времен приема на подвижном объекте сигналов ведущей и ведомой станций, позволяет определить искомую разность расстояний от подвижного объекта до этих станций.

Геометрическое место точек, соответствующее этой разности расстояний, образует на земной поверхности изолинию - гиперболу с фокусами, отнесенными к местам расположения передающих станций. Место подвижного объекта определяется пересечением двух изолиний - гипербол, построенных указанным образом по измеренным разностям расстояний до двух пар станций: ведущей и первой ведомой станции, ведущей и второй ведомой станции.

С геометрической точки зрения более выгоден другой известный способ радионавигационных измерений в ИФРНС, называемый обычно дальномерным, где измеряемой величиной является время распространения радиоимпульсного навигационного сигнала от передающей станции до подвижного объекта, позволяющее определить расстояние до передающей станции и построить изолинию в виде окружности с центром, отнесенным к месту расположения передающей станции. Сущность этого способа в общем виде изложена, в частности, в [1, с. 220-222], а применительно к ИФРНС - в [4, с. 13-14, рис. 1.8].

Способ радионавигационных измерений в ИФРНС, описанный в [4, с. 13-14], выбран в качестве прототипа. Способ заключается в следующем. На передающей станции ИФРНС, расположенной в месте с известными географическими координатами, излучают радиоимпульсные навигационные сигналы в строго определенной временной последовательности с заданными временными интервалами в соответствии с временной шкалой, формируемой опорным генератором передающей станции. На подвижном объекте принимают радиоимпульсные навигационные сигналы и измеряют их временное положение относительно начальной метки временной шкалы, формируемой опорным генератором подвижного объекта. По результатам этих радионавигационных измерений вычисляют время распространения радиоимпульсных навигационных сигналов от передающей станции до подвижного объекта, пропорциональное искомому расстоянию - дальности до передающей станции.

Положение начальной метки временной шкалы подвижного объекта устанавливают (корректируют) при нахождении подвижного объекта в месте с известными координатами. При этом по известным координатам передающей станции и подвижного объекта вычисляют расстояние от подвижного объекта до передающей станции, по известной скорости распространения радиоимпульсных навигационных сигналов ИФРНС вычисляют соответствующее этому расстоянию время распространения радиоимпульсного навигационного сигнала от передающей станции до подвижного объекта, после чего устанавливают положение начальной метки так, чтобы временной интервал между нею и принимаемым радиоимпульсным навигационным сигналом соответствовал вычисленному времени распространения. Все последующие радионавигационные измерения в процессе движения объекта осуществляют относительно этой начальной метки. Стабильность начальной метки, определяющая точность текущих радионавигационных измерений, определяется стабильностью опорного генератора подвижного объекта.

Вычисляемое на основе радионавигационных измерений относительно начальной метки текущее значение дальности от подвижного объекта до передающей станции системы позволяет построить на карте земной поверхности изолинию - окружность с центром, отнесенным к месту расположения передающей станции системы, и радиусом, соответствующим вычисленному значению дальности. Текущее место подвижного объекта определяется пересечением двух (трех) изолиний - окружностей, построенных указанным образом по расстояниям до двух (трех) передающих станций радионавигационной системы, пространственно разнесенных друг от друга. Определение текущего местоположения может производиться вручную, на основе карт с нанесенными на них изолиниями либо автоматически, с помощью бортовой электронной вычислительной машины, преобразующей результаты радионавигационных измерений в географические координаты местоположения объекта.

Представленная в [4, с. 13, рис. 1.8] структурная схема системы, реализующая способ-прототип, содержит наземную передающую станцию, установленную в месте с известными координатами, и подвижной объект, на борту которого осуществляются радионавигационные измерения. Наземная станция содержит последовательно соединенные опорный генератор и передатчик, выполняющий функцию устройства формирования и излучения в эфир радиоимпульсных навигационных сигналов, а подвижной объект содержит последовательно соединенные приемное устройство, выполняющее функцию приема и фильтрации радиоимпульсных навигационных сигналов, и устройство измерения дальности с соответствующим индикатором дальности, а также бортовой опорный генератор, выход которого подключен к второму входу устройства измерения дальности.

На наземной станции передатчик (устройство формирования и излучения в эфир радиоимпульсных навигационных сигналов) осуществляет формирование радиоимпульсных навигационных сигналов в строго определенной временной последовательности с заданными временными интервалами в соответствии с временной шкалой, формируемой с помощью соответствующих преобразователей частоты из сигналов высокостабильного опорного генератора, а также излучение сформированных сигналов в эфир через соответствующую антенную систему.

На подвижном объекте приемное устройство (приемник радиоимпульсных навигационных сигналов) осуществляет прием радиоимпульсных навигационных сигналов и их фильтрацию от помех и шумов, а также преобразование принимаемых сигналов к виду, удобному для проведения радионавигационных измерений. Устройство измерения дальности осуществляет измерение временного положения принятых радиоимпульсных навигационных сигналов относительно начальной метки временной шкалы, формируемой бортовым опорным генератором, а также последующие вычисления дальности до передающей станции на основе результатов этих измерений и априорно известных данных о диаграмме излучения радиоимпульсных навигационных сигналов передающей станцией системы.

Очевидно, что для обеспечения точности радионавигационных измерений в течение всего времени движения объекта необходимо выполнение по меньшей мере следующих двух условий. Первое условие - это установка начальной метки временной шкалы подвижного объекта описанным выше образом в точке с известными географическими координатами перед началом движения объекта, второе - обеспечение необходимой стабильности положения начальной метки в течение всего периода времени, когда осуществляется перемещение объекта от начальной точки с известными координатами до конечной точки маршрута или до промежуточной точки с известными координатами, где может быть проведена коррекция временного положения начальной метки временной шкалы объекта. На практике необходимость выполнения второго условия приводит к необходимости установки на подвижном объекте такого же высокостабильного опорного генератора, как и генератор на наземной станции, что, как отмечено в [4, с. 14], является основным недостатком этого способа.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи осуществления дальномерных радионавигационных измерений в ИФРНС в условиях отмены ограничений, связанных в способе-прототипе с необходимостью размещения подвижного объекта в точке с известными географическими координатами, путем установки (коррекции) положения начальной метки временной шкалы подвижного объекта, относительно которой осуществляются радионавигационные измерения, по дополнительным сигналам, формируемым в самой системе.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе радионавигационных измерений в импульсно-фазовой радионавигационной системе, заключающемся в том, что излучают передающей станцией радионавигационной системы, расположенной в месте с известными географическими координатами, радиоимпульсные навигационные сигналы в соответствии с временной шкалой, формируемой опорным генератором передающей станции, принимают радиоимпульсные навигационные сигналы на подвижном объекте и измеряют временное положение принятых радиоимпульсных навигационных сигналов относительно начальной метки временной шкалы, формируемой опорным генератором подвижного объекта, дополнительно формируют вспомогательный сигнал на передающей станции радионавигационной системы, временное положение которого связано известным образом с излучаемым радиоимпульсным навигационным сигналом, излучают вспомогательный сигнал, принимают его на подвижном объекте, фиксируют на временной шкале подвижного объекта отметку времени, соответствующую моменту приема вспомогательного сигнала, переизлучают принятый вспомогательный сигнал, принимают переизлученный сигнал на передающей станции, определяют значение времени распространения вспомогательного сигнала от передающей станции до подвижного объекта посредством измерения временного интервала между моментом излучения вспомогательного сигнала передающей станцией и моментом его обратного приема, формируют информационный сигнал, несущий сообщение о времени распространения вспомогательного сигнала, передают его на подвижной объект по каналу радиосвязи, где в соответствии с переданным сообщением о времени распространения вспомогательного сигнала и зафиксированным временным положением отметки времени, соответствующей моменту приема вспомогательного сигнала, устанавливают положение начальной метки на временной шкале подвижного объекта, относительно которой в дальнейшем производят измерения временного положения принимаемых радиоимпульсных навигационных сигналов.

В отличие от способа-прототипа, в заявляемом способе установка начальной метки временной шкалы подвижного объекта, относительно которой осуществляются текущие измерения временного положения принимаемых радиоимпульсных навигационных сигналов, не связана с необходимостью первоначального размещения подвижного объекта в точке с известными географическими координатами. Установка начальной метки производится по сигналам, формируемым в самой системе, и может повторяться периодически, обеспечивая точность радионавигационных измерений в течение всего времени передвижения подвижного объекта. При этом реально могут быть снижены требования, предъявляемые к стабильности бортового опорного генератора, по сравнению с требованиями к генератору в способе-прототипе.

На чертеже дана структурная схема системы, включающей передающую станцию ИФРНС и подвижной объект.

Система содержит передающую наземную станцию 1, расположенную в месте с известными географическими координатами, и подвижной объект 2, определяющий свое удаление от передающей станции 1 на основе радионавигационных измерений.

Передающая станция 1 содержит канал 3 формирования и излучения радиоимпульсных навигационных сигналов, канал 4 формирования и излучения вспомогательных сигналов, канал 5 приема и обнаружения переизлученных вспомогательных сигналов, канал 6 формирования и передачи информационных сообщений.

Канал 3 формирования и излучения радиоимпульсных навигационных сигналов содержит последовательно соединенные опорный генератор 7, формирователь 8 запускающих импульсов и передатчик 9 радиоимпульсных навигационных сигналов с соответствующей передающей антенно-мачтовой системой.

Канал 4 формирования и излучения вспомогательных сигналов содержит последовательно соединенные формирователь 10 вспомогательного сигнала и передатчик 11 вспомогательного сигнала с соответствующей передающей антенной, при этом вход формирователя 10 подключен к выходу формирователя 8 канала 3.

Канал 5 приема и обнаружения переизлученных вспомогательных сигналов содержит последовательно соединенные приемник 12 вспомогательного сигнала с соответствующей приемной антенной и формирователь 13 импульса обнаружения.

Канал 6 формирования и передачи информационных сообщений содержит последовательно соединенные измеритель 14 временного интервала, модулятор 15 и передатчик 16 сообщения с соответствующей передающей антенной. Счетный вход измерителя 14 подключен к выходу генератора 7 канала 3, вход запуска измерителя 14 подключен к выходу формирователя 10 канала 4, вход считывания измерителя 14 подключен к выходу формирователя 13 канала 5.

Подвижной объект 2 содержит канал 17 приема радиоимпульсных навигационных сигналов и формирования следящих стробов, канал 18 приема, обнаружения и фиксации вспомогательных сигналов, канал 19 переизлучения вспомогательных сигналов, канал 20 приема информационных сообщений, измерительный блок 21, формирователь 22 отметок времени бортовой шкалы времени и блок 23 установки положения начальной метки временной шкалы.

Канал 17 приема радиоимпульсных навигационных сигналов и формирования следящих стробов содержит последовательно соединенные приемник 24 радиоимпульсных навигационных сигналов с соответствующей приемной антенной и формирователь 25 следящих стробов, а также опорный генератор 26, выход которого подключен к второму входу формирователя 25.

Канал 18 приема, обнаружения и фиксации вспомогательных сигналов содержит последовательно соединенные приемник 27 вспомогательного сигнала с соответствующей приемной антенной, формирователь 28 импульса обнаружения и временной дискриминатор 29, информационный вход которого подключен к выходу формирователя 22, а выход - к первому входу блока 23.

Канал 19 переизлучения вспомогательных сигналов содержит последовательно соединенные формирователь 30 переизлучаемого сигнала и передатчик 31 переизлучаемого сигнала с соответствующей передающей антенной, при этом вход формирователя 30 подключен к выходу формирователя 28 канала 18.

Канал 20 приема информационных сообщений содержит последовательно соединенные приемник 32 информационных сообщений с соответствующей приемной антенной и демодулятор 33, выход которого подключен к второму входу блока 23.

Измерительный блок 21 содержит последовательно соединенные временной дискриминатор 34 и измеритель 35 временного положения радиоимпульсных навигационных сигналов, второй вход которого подключен к выходу блока 23, управляющий вход временного дискриминатора 34 подключен к выходу формирователя 25 канала 17, а информационный вход дискриминатора 34 подключен к выходу формирователя 22.

В наземной передающей станции 1 канал 3 формирования и излучения радиоимпульсных навигационных сигналов является общеизвестным устройством, решающим типичную для ИФРНС задачу формирования и излучения в эфир радиоимпульсных навигационных сигналов. В частности, канал 3 может быть реализован в виде соответствующей аппаратуры наземной передающей станции Е-711 отечественной ИФРНС РСДН-10, обеспечивающей формирование и излучение в эфир радиоимпульсных навигационных сигналов заданной колоколообразной формы с несущей частотой 100 кГц [4, с. 34-38, рис. 1.25]. При этом излучение осуществляется в виде пакетов (пачек) из n радиоимпульсов, где n = 8 для ведомой станции ИФРНС и n = 9 для ведущей станции. Временные интервалы между первыми восемью радиоимпульсами в пачке составляют величину 1000 мкс, а между восьмым и девятым - в два раза больше [4, с. 93-95], [2, с. 147-149, рис. 2.15] , [3, с. 15-17] . При такой реализации канала 3 опорный генератор 7 представляет собой опорный генератор станции Е-711 с выходной частотой 5 МГц, с относительной нестабильностью частоты 10^-8 - 10^-9 [4, с. 82-85] и ниже, формирователь 8 - формирователь импульсов запуска станции Е-711 [4, с. 94, рис. 5.5] , а передатчик 9 - передатчик Е-711-2 станции Е-711, обеспечивающий формирование и излучение в эфир радиоимпульсных навигационных сигналов [4, с. 50, 63-70, рис. 3.15].

Канал 4 формирования и излучения вспомогательных сигналов в передающей станции 1 предназначен для формирования и излучения в эфир вспомогательных сигналов - радиоимпульсов, временное положение которых связано известным образом с временным положением определенных радиоимпульсных навигационных сигналов, например, с каждым i-м радиоимпульсным навигационным сигналом в каждой j-й пачке. При этом формирователь 10 канала 4 осуществляет функцию выделения каждого i-го импульса из каждой j-й пачки запускающих импульсов, формируемых формирователем 8 канала 3, а передатчик 11 осуществляет функцию преобразования их в радиоимпульсы и излучение в эфир. Указанная функция передатчика 11 является общеизвестной и реализуется с помощью известных средств, используемых для этих целей в технике радиосвязи. В частности, может быть использован передающий канал телеграфной связи связной КВ радиостанции Р-130 [4, с. 171-172], входящей в состав оборудования наземной передающей станции Е-711 отечественной ИФРНС РСДН-10. Указанная функция блока 10 также реализуется с помощью известных радиотехнических средств. Например, в простейшем случае, когда i = 1, а j = N, формирователь 10 может быть выполнен в виде соединенных последовательно элемента выделения первого импульса из пачки формируемых формирователем 8 импульсов и счетчика N импульсов, формирующего на своем выходе импульс заданной длительности при поступлении на его счетный вход каждого N-го импульса входной последовательности импульсов. При этом элемент выделения первого импульса из пачки n импульсов может быть выполнен, например, в виде схемы совпадения (элемента И), на один вход которой поступают входные импульсы пачки, а на другой - те же импульсы, но вначале задержанные на интервал следования импульсов в пачке, а затем проинвертированные.

Канал 5 приема и обнаружения переизлученных вспомогательных сигналов в передающей станции 1 предназначен для приема из эфира переизлученных подвижным объектом вспомогательных сигналов, их детектирования и формирования импульсов обнаружения. При этом приемник 12 осуществляет функцию приема переизлученного вспомогательного сигнала и фильтрацию его от помех и шумов, а формирователь 13 - функцию детектирования, сравнения продетектированного сигнала с порогом и формирования видеоимпульса заданной длительности (импульса обнаружения) при превышении продетектированного сигнала порогового уровня. Указанная функция приемника 12 является общеизвестной и реализуется с помощью известных средств, используемых в технике радиосвязи для этих целей. В частности, может быть использован приемный канал телеграфной связи упоминаемой выше связной радиостанции Р-130. Указанная функция формирователя 13 также реализуется с помощью общеизвестных радиотехнических средств, например, включенных последовательно амплитудного детектора, компаратора напряжений, формирующего на своем выходе сигнал при превышении входным сигналом порогового уровня, и формирователя импульса заданной длительности, например, одновибратора.

Канал 6 формирования и передачи информационных сообщений в передающей станции 1 предназначен для определения значения времени распространения вспомогательного сигнала от передающей станции до подвижного объекта путем измерения временного интервала между моментом излучения вспомогательного сигнала передающей станцией и моментом его обратного приема, для формирования кодированного сигнала (сообщения), несущего информацию о времени распространения вспомогательного сигнала, а также для преобразования этого сигнала в модулированный радиосигнал и излучения его в эфир. При этом измеритель 14 осуществляет функцию измерения временного интервала между импульсом запуска, поступающим с выхода формирователя 10 канала 4, и импульсом считывания, поступающим с выхода формирователя 13 канала 5, то есть между моментом излучения вспомогательного сигнала передающей станцией 1 и моментом его обратного приема, а также функцию формирования информационного сигнала в виде кода значения времени распространения вспомогательного сигнала, соответствующего половине значения измеренного временного интервала. Модулятор 15 в соответствии с кодом значения времени распространения вспомогательного сигнала осуществляет функцию формирования модулированного радиосигнала, используя, например, частотную (тоновую) модуляцию, а передатчик 16 осуществляет функцию излучения радиосигнала, несущего указанное информационное сообщение, в эфир. Указанная функция измерителя 14 является общеизвестной и реализуется, например, с помощью известного в цифровой технике преобразователя временного интервала в код [5, с. 125-128, рис. 4.9; 4.10; 4.11], осуществляющего подсчет числа импульсов, формируемых опорным генератором 7 и попадающих в измеряемый временной интервал между импульсом запуска и импульсом считывания, с представлением результатов измерения в виде кода. Указанные функции модулятора 15 и передатчика 16 также являются общеизвестными и реализуются с помощью общеизвестных средств, используемых в технике радиосвязи для передачи кодированных сообщений. В частности, для этих целей могут быть использованы модемы различной конструкции, стыкующиеся с передающим каналом телефонной связи упоминаемой выше связной радиостанции Р-130.

В подвижном объекте 2 канал 17 приема радиоимпульсных навигационных сигналов и формирования следящих стробов является известным устройством, решающим известную для бортовой аппаратуры ИФРНС задачу приема радиоимпульсных навигационных сигналов и формирования на их основе коротких видеоимпульсов (стробов), временное положение которых привязано к временному положению принимаемых радиоимпульсных навигационных сигналов. В частности, канал аналогичной структуры, решающий аналогичную задачу, известен из [2, с. 167-170, рис. 2.24] , а также из [6, фиг. 1], где приемная антенна, усилитель и блок фильтрации, содержащий полосовой фильтр и блок подавления помех [6, фиг.1, элементы 1-5] , в своей совокупности эквивалентны приемнику 24 канала 17, а блок формирования совпадающих по времени с принимаемыми сигналами стробов [6, фиг. 1, элемент 6] эквивалентен совокупности формирователя 25 и генератора 26 канала 17. Известность структуры канала 17 подтверждается также описанием приемоиндикатора ИФРНС Лоран-С фирмы ITT Avionics Division (США) [7, с. 234-239, фиг.10], а также описанием устройства для измерения временного положения импульса [8], в котором приемник, эквивалентный приемнику 24 канала 17, представлен полосовым и режекторным фильтрами [8, фиг. 1, элементы 1-3] , генератор, эквивалентный генератору 26, представлен соответствующим функциональным элементом [8, фиг. 1, элемент 18], а формирователь, решающий задачу, аналогичную формирователю 25, представлен совокупностью аналого-цифровых преобразователей, управляемого делителя частоты, элементов задержки, накопления, вычитания, масштабирования [8, фиг.1, элементы 4, 5, 8-10, 11, 12, 20-22], образующих цифровую следящую систему, осуществляющую подстройку следящих стробов под переход через нуль напряжения в заданном периоде высокочастотного заполнения принимаемых радиоимпульсных навигационных сигналов.

В подвижном объекте 2 формирователь 22 отметок времени бортовой шкалы времени решает известную в цифровой технике задачу формирования временной шкалы в виде кодов текущих значений отметок времени. Формирователь 22 представляет собой известное в цифровой технике устройство, которое из сигналов опорного генератора 26 с помощью делителей частоты и счетчиков импульсов формирует на своих выходах информационные сигналы текущего времени (отметки времени), представленные двоичным кодом. Обнуление (начальная установка) делителей частоты, счетчиков, входящих в состав формирователя 22 и формирующих на выходах своих разрядов коды значений текущих отметок времени, осуществляется, при необходимости, путем подачи на входы их начальной установки соответствующих импульсов сброса (не показано). Выполнение формирователя 22 с использованием счетчиков и делителей частоты для решения задачи формирования и хранения бортовой шкалы времени, описано, например, в [9, фиг.3, элементы 3, 31-35].

В подвижном объекте 2 блок 23 установки положения начальной метки временной шкалы представляет собой известное в цифровой вычислительной технике устройство, выполняющее стандартную операцию вычитания данных, представленных кодами. В частности, эта операция реализуется известным образом с помощью сумматора накапливающего типа с установленным по одному из его входов (в данном случае - по второму) преобразователем прямого двоичного кода в дополнительный для преобразования данных, являющихся вычитаемыми [10, с. 160-164, рис. 17, 18].

Канал 18 приема, обнаружения и фиксации вспомогательных сигналов в подвижном объекте 2 предназначен для приема из эфира излученных передающей станцией 1 вспомогательных сигналов, их детектирования, формирования импульсов обнаружения и фиксации на временной шкале подвижного объекта тех отметок времени, которые соответствуют моментам приема вспомогательных сигналов. При этом приемник 27 осуществляет функцию приема вспомогательного сигнала и фильтрацию его от помех и шумов, формирователь 28 - функцию детектирования, сравнения продетектированного сигнала с порогом и формирования видеоимпульса заданной длительности (импульса обнаружения) при превышении продетектированного сигнала порогового уровня, а временной дискриминатор 29 - функцию фиксации значения отметки времени, соответствующей моменту обнаружения вспомогательного сигнала. По выполняемым функциям и своим реализациям приемник 27 и формирователь 28 канала 18 идентичны рассмотренным выше приемнику 12 и формирователю 13 канала 4 передающей станции 1. Временной дискриминатор 29 представляет собой известное в цифровой технике устройство, осуществляющее запись и хранение информационных сигналов, представленных двоичным кодом. В частности, для этих целей могут быть использованы известные регистры с параллельным вводом-выводом информационных сигналов [5, с. 97-98, рис. 3.27] , в которых вход записи используется в качестве управляющего входа.

Канал 19 переизлучения вспомогательных сигналов в подвижном объекте 2 предназначен для формирования переизлучаемых вспомогательных сигналов и излучения их в эфир. При этом формирователь 30 осуществляет функцию формирования видеоимпульса, длительность которого соответствует длительности выходных импульсов формирователя 10 канала 4 передающей станции 1, а временное положение фронта соответствует временному положению импульса обнаружения, поступающего с выхода формирователя 28 канала 18. Указанная функция формирователя 30 может быть реализована общеизвестными средствами, например, с помощью одновибратора. Передатчик 31 осуществляет функцию преобразования сформированного видеоимпульса в радиоимпульсный сигнал и излучения его в эфир. По выполняемой функции и своей реализации передатчик 31 идентичен рассмотренному выше передатчику 11 канала 4 передающей станции 1.

Канал 20 приема информационных сообщений в подвижном объекте 2 предназначен для приема излучаемых наземной станцией 1 модулированных радиосигналов - информационных сообщений, несущих закодированную информацию о времени распространения вспомогательных сигналов, демодуляции этих сигналов и преобразования к виду, обеспечивающему функционирование блока 23 установки положения начальной метки временной шкалы. При этом приемник 32 осуществляет функцию приема информационного сообщения, поступающего по каналу радиосвязи, а демодулятор 33 - функцию частотного (тонового) детектирования, то есть демодуляцию принимаемого сигнала и представление его в виде, обеспечивающем функционирование блока 23. Реализация указанных функций приемника 32 и демодулятора 33 осуществляется стандартными средствами, используемыми в технике радиосвязи для приема, демодуляции и преобразования кодированных сообщений, передаваемых по каналу радиосвязи. В частности, для этих целей может быть использован приемный канал телефонной связи рассмотренной выше связной радиостанции Р-130, оснащенной соответствующим модемом, осуществляющим демодуляцию принимаемых сигналов, а также преобразователем кода, осуществляющим преобразование кода принимаемого сообщения к виду, используемому в блоке 23, например, преобразователем последовательного кода в параллельный.

Измерительный блок 21 в подвижном объекте 2 предназначен для решения навигационной задачи - определения временного положения принимаемых радиоимпульсных навигационных сигналов относительно начальной метки бортовой шкалы времени. При этом временной дискриминатор 34 осуществляет функцию выделения и фиксации текущих значений временных отметок временной шкалы подвижного объекта, соответствующих моментам приема радиоимпульсных навигационных сигналов, а измеритель 35 временного положения радиоимпульсных навигационных сигналов - функцию измерения временного интервала между отметками времени, соответствующими моментам приема радиоимпульсных навигационных сигналов, поступающими из блока 34, и начальной меткой временной шкалы, поступающей через блоки 29, 23. По выполняемым функциям и своим реализациям измеритель 35 и временной дискриминатор 34 идентичны рассмотренным выше блоку 23 и временному дискриминатору 29 канала 18.

Радионавигационные измерения по заявляемому способу осуществляются следующим образом.

На передающей наземной станции 1 ИФРНС, расположенной в месте с известными координатами, излучают радиоимпульсные навигационные сигналы в соответствии с временной шкалой, формируемой ее опорным генератором.

Осуществляется эта операция с помощью опорного генератора 7, формирователя 8 запускающих импульсов и передатчика 9 радиоимпульсных навигационных сигналов канала 3 передающей станции 1. При этом опорный генератор 7 формирует на своем выходе импульсные сигналы временной шкалы - в рассматриваемом примере реализации импульсы с частотой 5 МГц. Эти импульсы поступают на вход формирователя 8 запускающих импульсов, который формирует на своем выходе последовательность пачек видеоимпульсов с заданными временными интервалами между импульсами в пачке и с заданным периодом следования пачек. Запускающие импульсы поступают на вход передатчика 9 радиоимпульсных навигационных сигналов, который строго в соответствии с временной диаграммой запускающих импульсов формирует и излучает в эфир через свою антенно-мачтовую систему радиоимпульсные навигационные сигналы. Для ИФРНС типа Лоран-С, как отмечалось выше, это радиоимпульсы колоколообразной формы с несущей частотой 100 кГц, излучаемые в виде пачек из n радиоимпульсов, где n = 8 или 9, с временными интервалами между первыми восемью радиоимпульсами в пачке 1000 мкс, а между восьмым и девятым - в два раза больше, при этом период повторения пачек устанавливается от 40 до 100 мкс.

На подвижном объекте 2 принимают радиоимпульсные навигационные сигналы с помощью приемника 24 канала 17. С выхода приемника 24 отфильтрованные от помех и шумов радиоимпульсные навигационные сигналы поступают на сигнальный вход формирователя 25 следящих стробов, формирующего стробы, временное положение которых соответствует переходу через нуль напряжения в заданном периоде высокочастотного заполнения принимаемых радиоимпульсных навигационных сигналов. В качестве опорных сигналов, используемых для формирования следящих стробов, используются выходные сигналы опорного генератора 26.

Следящие стробы с выхода формирователя 25 канала 17 поступают на управляющий вход временного дискриминатора 34 измерительного блока 21, на информационный вход которого с выхода формирователя 22 отметок времени бортовой шкалы времени поступают информационные сигналы текущего времени бортовой шкалы времени, представленные параллельным двоичным кодом.

Формирование информационных сигналов текущего времени бортовой шкалы времени осуществляется в формирователе 22 путем подсчета импульсов, поступающих с выхода опорного генератора 26.

Временной дискриминатор 34 осуществляет запись и хранение значений тех отметок времени, которые соответствуют моментам поступления на управляющий вход дискриминатора 34 следящих стробов с выхода формирователя 25. Тем самым на выходе дискриминатора 34 фиксируются значения отметок времени, соответствующих моментам приема радиоимпульсных навигационных сигналов относительно временной шкалы подвижного объекта.

С выхода временного дискриминатора 34 информационные сигналы, представленные двоичным кодом, несущие информацию о моментах приема радиоимпульсных навигационных сигналов, поступают на первый вход измерителя 35 временного положения радиоимпульсных навигационных сигналов, в котором осуществляется измерение временного положения принятых радиоимпульсных навигационных сигналов относительно начальной метки временной шкалы. Для того, чтобы по результатам этих измерений можно было бы судить о времени распространения радиоимпульсных навигационных сигналов, то есть о дальности до передающей станции, необходимо, чтобы положение начальной метки на временной шкале подвижного объекта было бы известным образом связано с моментами излучения радиоимпульсных навигационных сигналов.

Для установки временного положения начальной метки в заявляемом способе осуществляется следующее.

На передающей станции 1 в фиксируемые моменты времени, связанные с моментами излучения радиоимпульсных навигационных сигналов, формируют вспомогательные радиосигналы и излучают их в эфир. Осуществляется эта операция с помощью формирователя 10 и передатчика 11 канала 4. При этом формирователь 10 выделяет каждый i-й (например, первый) импульс в j-й (например, десятитысячной) пачке запускающих импульсов, поступающих с выхода формирователя 8 канала 3, а передатчик 11 преобразует их в радиосигналы и излучает в эфир.

На подвижном объекте 2 с помощью приемника 27 канала 18 принимают вспомогательные сигналы и фильтруют их от помех и шумов. С выхода приемника 27 принятые вспомогательные сигналы поступают на вход формирователя 28 импульса обнаружения, где детектируются и сравниваются с порогом. В случае превышения принятыми сигналами порогового уровня на выходе формирователя 28 формируются видеоимпульсы заданной длительности - импульсы обнаружения.

Импульсы обнаружения поступают на управляющий вход временного дискриминатора 29, на информационный вход которого с выхода формирователя 22 отметок времени бортовой временной шкалы поступают информационные сигналы текущего времени.

Временной дискриминатор 29 осуществляет запись и хранение текущих значений отметок времени бортовой шкалы времени, соответствующих моментам поступления на управляющий вход дискриминатора 29 импульсов обнаружения с выхода формирователя 28. Тем самым на выходе дискриминатора 29 устанавливаются значения отметок времени, соответствующих моментам приема и обнаружения вспомогательных сигналов.

Сформированные формирователем 28 импульсы обнаружения поступают также на вход формирователя 30 переизлучаемого сигнала канала 19. Формирователь 30 формирует на своем выходе видеоимпульсы, длительность которых соответствует длительности выходных импульсов формирователя 10 канала 4 передающей станции 1, а временное положение фронта соответствует временному положению импульсов обнаружения. С выхода формирователя 30 видеоимпульсы поступают на вход передатчика 31, который преобразует их в радиосигналы и переизлучает в эфир.

На передающей станции 1 с помощью приемника 12 и формирователя 13 импульса обнаружения аналогично каналу 18 подвижного объекта 2 осуществляют прием переизлученных вспомогательных сигналов, их фильтрацию от помех и шумов, детектирование, сравнение с порогом и формирование импульсов обнаружения, которые поступают с выхода формирователя 13 на вход считывания измерителя 14 временных интервалов канала 6 формирования и передачи информационных сообщений.

Измеритель 14 осуществляет измерение временного интервала между импульсом, поступающим на его запускающий вход с выхода формирователя 10 канала 4, и импульсом, поступающим с выхода формирователя 13 канала 5. Этот временной интервал соответствует временному интервалу между моментом излучения вспомогательного сигнала и моментом его обратного приема. Измерение осуществляется путем подсчета импульсов генератора 7, попадающих в измеряемый временной интервал. Половина значения измеренного временного интервала соответствует значению времени распространения вспомогательного сигнала от передающей станции 1 до подвижного объекта 2. Информационный сигнал в виде двоичного кода, несущий сообщение о времени распространения вспомогательного сигнала, поступает с выхода измерителя 14 на вход модулятора 15, где преобразуется в модулированный радиосигнал, который затем излучается в эфир передатчиком 16.

Модулированный радиосигнал, несущий информационное сообщение о времени распространения вспомогательного сигнала, принимают на подвижном объекте 2 с помощью приемника 32 канала 20. С выхода приемника 32 отфильтрованный от помех и шумов сигнал поступает на вход демодулятора 33, где детектируется (демодулируется) и преобразуется к виду, требуемому для работы с блоком 23.

С выхода демодулятора 33 информационный сигнал в виде двоичного кода, несущий сообщение о времени распространения вспомогательного сигнала, поступает на второй вход блока 23, на первый вход которого с выхода временного дискриминатора 29 канала 18 поступает информационный сигнал в виде двоичного кода, несущий информацию о текущем значении отметки времени, соответствующей моменту приема вспомогательного сигнала.

Блок 23 осуществляет операцию вычитания данных, поступающих на второй вход, из данных, поступающих на первый вход. В результате на выходе блока 23 формируется информационный сигнал в виде двоичного кода, несущий информацию о временном положении отметки времени, опережающей на временной шкале подвижного объекта отметку времени, соответствующую моменту приема вспомогательного сигнала на величину, соответствующую времени его распространения. Эта отметка времени принимается за начальную метку временной шкалы подвижного объекта, относительно которой в измерителе 35 блока 21 производятся текущие измерения временного положения принимаемых радиоимпульсных навигационных сигналов.

В измерителе 35 осуществляются измерения временных интервалов между временными отметками, соответствующими моментам приема радиоимпульсных навигационных сигналов, и начальной меткой. Эти измерения осуществляются путем вычитания из данных о временном положении указанных временных отметок, поступающих на первый вход измерителя 35 с выхода временного дискриминатора 34, данных о временном положении начальной метки, поступающих на второй вход измерителя 35 с выхода блока 23.

Поскольку временное положение начальной метки временной шкалы подвижного объекта соответствует моменту излучения известного радиоимпульсного навигационного сигнала (i-го сигнала в каждой j-й пачке), то измеренные в измерителе 35 временные интервалы между нею и положениями текущих отметок времени, соответствующих моментам приема радиоимпульсных навигационных сигналов, позволяют судить (с учетом априорно известных данных о скорости распространения сигналов в ИФРНС и интервалах между излучаемыми сигналами в пачке и периодом следования пачек) о текущей дальности до передающей станции.

Определение текущей дальности на основе результатов радионавигационных измерений, поступающих с выхода блока 35, осуществляется в бортовой электронно-вычислительной машине (не показана), входящей в состав радионавигационного оборудования подвижного объекта 2.

Рассмотренная установка временного положения начальной метки повторяется периодически, с выбранным интервалом повторения вспомогательного сигнала, решая тем самым задачу обеспечения стабильности положения начальной метки в течение всего периода времени, когда осуществляется передвижение объекта.

Таким образом из рассмотренного видно, что заявляемый способ осуществим, промышленно реализуем и решает поставленную техническую задачу. При этом, в отличие от способа-прототипа, установка начальной метки временной шкалы подвижного объекта, относительно которой в заявляемом способе осуществляются дальномерные радионавигационные измерения временного положения принимаемых радиоимпульсных навигационных сигналов, не связана с необходимостью первоначального размещения подвижного объекта в точке с известными географическими координатами, поскольку осуществляется по сигналам, формируемым в самой системе. Установка начальной метки повторяется периодически, обеспечивая точность радионавигационных измерений в течение всего времени передвижения подвижного объекта. При этом реально могут быть снижены требования, предъявляемые к стабильности бортового опорного генератора, по сравнению с требованиями к генератору в способе-прототипе, в частности, могут быть использованы кварцевые генераторы, обычно используемые в бортовой радионавигационной аппаратуре, работающей по сигналам ИФРНС в разностно-дальномерном режиме.

Следует также отметить, что представленный на чертеже пример реализации заявляемого способа не является единственным. Возможны и другие, альтернативные, реализации способа. В частности, при наличии оператора на передающей станции и штурмана на подвижном объекте передача сообщений о времени распространения вспомогательного сигнала может быть решена с помощью диспетчерской радиосвязи, а ввод данных об этом времени - ручным вводом данных в блок 23. Возможно иное выполнение каналов 4, 5, 6 передающей станции 1 и каналов 18, 19, 20 подвижного объекта 2. В частности, вместо показанного на чертеже аппаратного разделения каналов возможно временное их разделение в рамках одной аппаратной реализации канала приемо-передачи связного радиопередатчика передающей станции и подвижного объекта. Вместо рассмотренной реализации каналов приемо-передачи на базе КВ радиопередатчика могут быть использованы также радиопередатчики УКВ и метеорной связи.

Источники информации

1. А.Ф. Смирновский. Радионавигационные средства. Курс кораблевождения, том 5, книга 5.-Л.: Гидрографическое управление МО СССР, 1967.

2. Быков В.И., Никитенко Ю.И. Судовые радионавигационные устройства.-M.: Транспорт, 1976.

3. Быков В. И. , Никитенко Ю.И. Импульсно-фазовые радионавигационные системы в судовождении.-M.: Транспорт, 1985.

4. Оборудование и эксплуатация мобильной радионавигационной станции дальнего действия РСДН-10. M.: Военное из-во, 1990.

5. Барашенков В. В., Лутченко А.Е., Скороходов Е.М. и др. Цифровые радионавигационные устройства.-M.: Советское радио, 1980.

6. Патент РФ N 2014630, кл. G 01 S 7/36, 1994.

7. I. F. De Lorme, A.R.Tuppen. Low-Cost Airborne Loran-C Navigation. Electrical Communication (USA), vol. 50, N 4, 1975, р. 234-239.

8. Авторское свидетельство СССР N 1185283, кл. G 01 S 3/10, G 01 S 1/20, 1985.

9. Авторское свидетельство СССР N 1432451, кл. G 04 C 11/02, H 04 L 7/02, 1988.

10. Папернов А.А. Логические основы цифровой вычислительной техники.-M.: Советское радио, 1972.