способ местоопределения источника радиоизлучения

Формула изобретения

Способ местоопределения источника радиоизлучения (ИРИ), основанный на измерении корреляционным методом временных задержек приема сигнала ИРИ относительно одного из N 3 пространственно разнесенных пунктов радиоконтроля, при этом один из пунктов радиоконтроля является опорным и осуществляет прием и обработку сигналов, а остальные осуществляют прием сигналов, отличающееся тем, что дополнительно в предполагаемый район местонахождения ИРИ носителями доставляют N 3 кассет, каждая из которых содержит навигационный приемник и функционирующие в системе привязки к единому времени панорамно-приемное устройство и передающее устройство, которые после фиксации носителей в грунте автоматически приводятся в работоспособное состояние, при этом навигационные приемники через спутник-ретранслятор передают координаты точки доставки каждой кассеты на опорный пункт радиоконтроля, по сигналу опорного пункта радиоконтроля через спутник-ретранслятор одновременно включают панорамно-приемные устройства и осуществляют частотный поиск сигналов ИРИ, обнаруженный каждым панорамно-приемным устройством сигнал ИРИ оцифровывают и передают соответствующими передающими устройствами через спутник-ретранслятор на соответствующие пункты радиоконтроля, при этом на опорном пункте радиоконтроля по поступившим данным определяют местоположение ИРИ относительно координат навигационных приемников.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к пассивным системам радиоконтроля, и, в частности, может быть использовано в системах местоопределения радиоизлучающих средств УКВ-диапазонов.

Известен угломерный способ местоопределения источника радиоизлучения (ИРИ) (см., например, Караваев В.В., Сазонов В.В. Статистическая теория пассивной локации. - М.: «Радио и связь», 1987. - 240 с), основанный на расчете точки пересечения линий пеленгов на ИРИ, определяемые минимум двумя, разнесенными в пространстве средствами радиопеленгования. Недостатками указанного способа являются необходимость устойчивого приема пеленгационными средствами сигналов контролируемого ИРИ, что не всегда возможно в условиях сложного рельефа труднодоступной местности, и недостаточная точность местоопределения ИРИ, связанная с большим удалением ИРИ от средств пеленгования.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому изобретению является разностно-дальномерный способ местоопределения ИРИ (см., например, Караваев В.В., Сазонов В.В. Статистическая теория пассивной локации. - М.: «Радио и связь», 1987. - 240 с), основанный на измерении корреляционным методом временных задержек приема сигнала ИРИ относительно одного из N 3 пространственно разнесенных пунктов радиоконтроля. Недостатками указанного способа являются необходимость устойчивого приема пунктами радиоконтроля сигналов контролируемого ИРИ, что не всегда возможно в условиях сложного рельефа труднодоступной местности и недостаточная точность местоопределения ИРИ, связанная с большим удалением ИРИ от пунктов радиоконтроля.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является возможность определение координат ИРИ размещенных в труднодоступной местности и повышение точности их местоопределения.

Технический результат достигается тем, что в известном способе местоопределения ПРИ, заключающемся в измерении корреляционным методом временных задержек приема сигнала ИРИ относительно одного из N 3 пространственно разнесенных пунктов радиоконтроля, дополнительной доставке в предполагаемый район местонахождения ИРИ N 3 кассет, каждая из которых содержит в себе навигационный приемник, панорамно-приемное устройство и передающее устройство, в определении по сигналу каждого навигационного приемника координаты точки доставки каждой кассеты, одновременном включении по сигналу спутника ретранслятора панорамно-приемных устройств и осуществлении частотного поиска сигналов ИРИ, оцифровки обнаруженного сигнал источника радиоизлучения каждого панорамно-приемного устройства и передачи соответствующими передающими устройствами через спутник-ретранслятор на соответствующие пункты радиоконтроля.

Сущность изобретения заключается в предварительной доставке в предполагаемый район нахождения ИРИ трех кассет. При этом доставка осуществляется пуском минимум трех носителей, каждый из которых содержит кассету, включающую навигационный приемник и приемопередатчик. Приемопередатчик включает в себя панорамный приемник и передатчик параметров сигналов. После фиксации в грунте носителя навигационный приемник и приемопередатчик одновременно по сигналу «пуска» или автоматически приводятся в работоспособное состояние. По сигналам навигационного приемника определяют координаты мест фиксации (падения) в грунте каждого носителя. Каждый приемопередатчик, имеющий панорамный приемник, осуществляет поиск сигналов ИРИ в заданном частотном диапазоне. При обнаружении сигнала ИРИ осуществляется его оцифровка и передача с помощью передающего устройства приемопередатчика через спутник ретранслятор на пункт радиоконтроля. На пункте радиоконтроля по поступившим данным осуществляется определение местонахождения ИРИ относительно координат навигационных приемников.

Часто приходиться встречаться со случаями, когда трасса распространения радиоволн ИРИ проходит через сложный ландшафт (холмистая или горная местность). Препятствия различно характера на пути распространения радиоволн могут вносить существенное ослабление в сигналы ИРИ (см., например, Полуханов М.П. Распространение радиоволн. М.: «Связь», 1965, стр.122-142). Это в свою очередь приводит к невозможности устойчивого приема сигналов или снижению точности определения координат ИРИ пунктами радиоконтроля или пеленгования на определенном удалении от ИРИ. Перемещение пунктов радиоконтроля или пеленгования на меньшее расстояние от ИРИ также невозможно в силу причин отсутствия дорог и сложностью ландшафта. Для реализации возможности местоопределения ИРИ, размещенных в труднодоступной местности, предлагается способ местоопределения ИРИ, ключевым звеном реализации которого является доставка части приемопередающей аппаратуры пунктов радиоконтроля в район размещения ИРИ.

Заявленный способ поясняется иллюстрацией, представленной на фиг.1. На фиг.1 приняты следующие обозначения: 1 - ИРИ, местоположение которого определяется; 2 - первая кассета, содержащая навигационный приемник и приемопередатчик; 3 - вторая кассета, содержащая навигационный приемник и приемопередатчик; 4 - третья кассета, содержащая навигационный приемник и приемопередатчик; 5 - спутник ретранслятор; 6 - пункт радиоконтроля, осуществляющий прием и обработку сигналов; 7 - пункт радиоконтроля, осуществляющий прием сигналов; 8 - пункт радиоконтроля, осуществляющий прием сигналов; 9 - пункт запуска носителей; 11 - первый, второй и третий носители; 10 - препятствие, ограничивающие зону приема сигналов ИРИ.

Функционирование системы местоопределения ИРИ в соответствии с данным способом происходит следующим образом. Предварительно в район местонахождения ИРИ 1 с пункта запуска носителей 9 через препятствие 10 доставляются тремя носителями 11 (например, артиллерийским или реактивным снарядом (см., например, Шнуков В.Н. Справочник «Артиллерия». - Мн: ООО «Попурри», 2001), выполненными в едином кассетном исполнении, навигационные приемники и приемопередатчики 2, 3 и 4, которые после фиксации в грунте автоматически приводятся в работоспособное состояние. Навигационные приемники 2, 3 и 4 передают через спутниковую навигационную систему 5 на пункт радиоконтроля 6 свои координаты и соответственно координаты приемопередатчиков 2, 3 и 4. Приемопередатчики 2, 3 и 4 функционируют в системе привязки к единому времени и включают в себя приемопередающий антенный блок, панорамно-приемное устройство и передающее устройство. По сигналу с пункта радиоконтроля 6 через спутник-ретранслятор 5 осуществляется одновременный запуск панорамно-приемных устройств приемопередатчиков 2, 3 и 4, которые производят поиск сигналов ИРИ 1 в заданном частотном диапазоне. При обнаружении сигнала ИРИ 1 осуществляется его оцифровка и определение времени приема, которые с помощью передающих устройств приемопередатчиков 2, 3 и 4 через спутник ретранслятор 5 передаются на пункт радиоконтроля 6, отвечающий за обработку сигналов. На пункте радиоконтроля 6 по поступившим данным осуществляется определение местонахождения ИРИ 1 относительно координат навигационных приемников 2, 3 и 4. При определении места размещения ИРИ 1 используется корреляционный метод, основанный на измерении временных задержек приема пунктами радиоконтроля сигналов ИРИ относительно одного (любого из трех) опорного.

Предложенный способ позволяет устранить негативное влияние на точность определения координат ИРИ, связанное с распространением излучения на трассах большой протяженностью до пунктов радиоконтроля. А также позволяет в случае невозможности приема пунктами радиоконтроля сигналов ИРИ осуществить его местоопределения.

Справедливость данного утверждения подтверждается следующей оценкой. Пусть задано местоположение пунктов радиоконтроля (фиг.2) 2, 3 и 4 трехпозиционной разностно-дальномерной системы (РДС) местоопределения (их координаты - (x_pi,y _pi), )) и начало декартовой системы координат (ДСК) совмещено с центральным пунктом радиоконтроля 3, которому соответствует наибольший угол, образованный базами РДС. ИРИ (его координаты - (x,y)), обозначенный треугольником 1, расположен на биссектрисе наибольшего угла между базами РДС, совпадающей с осью 0 ó ДСК. В РДС измеряется пара задержек (которые могут быть пересчитаны в разности расстояний)

,

где R₁₂=R₁-R₂, R₃₂=R₃-R₂, с - скорость света, - расстояние между ИРИ и i-м пунктом радиоконтроля, .

Минимальный радиус среднеквадратичной ошибки места вычисляется как квадратный корень из следа ковариационной матрицы ошибок местоопределения

где tr - след ковариационной матрицы K_x.

Нижняя граница Рао-Крамера для ковариационной матрицы ошибок местоопределения может быть определена как (см., например, Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981. - 416 с.)

где - матрица частных производных,

- ковариационная матрица ошибок оценивания разностей расстояний, , - дисперсии оценивания задержек, - их корреляционный момент.

Дисперсии оценивания задержек и их корреляционный момент можно определить на основе обобщения результатов (см., например, Картер Г.К. Оценивание когерентности и временной задержки. // ТИИЭР, 1987, № 2. С.64-85) на многопозиционный случай (см., например, Афанасьев В.И., Кирсанов Э.А., Сирота А.А. Робастное оценивание координат источника радиоизлучения в многопозиционной разностно-дальномерной системе при пропусках сигналов и аномальных ошибках измерения взаимных задержек. // Радиотехника, 2001, № 6. - С.58-63)

где - отношение сигнал-шум по мощности на входе приемника i-го пункта радиоконтроля, f - ширина спектра сигнала, Т_i - длительность наблюдения, Р_n - мощность шума, Р_si - мощность сигнала на входе приемника i-го пункта радиоконтроля, .

Мощность сигнала на входе приемника i-го пункта радиоконтроля определяется как

где R_вх - входное сопротивление антенны, U_si=Е_dih_d - напряжения сигнала на входе приемной антенны i-го пункта радиоконтроля, Е_di - напряженности поля в точках приема, h_d - действующая высоты приемной антенны.

Для штыревой антенны действующая высота приемной антенны определяется выражением (см., например, Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны. Часть II. Антенны. - М.: Сов. радио, 1969. - 328 с.)

где h_a - геометрическая длина приемной антенны, - длины волны излучения.

Напряженность поля в точках приема определяется по формуле Введенского см., например, Долуханов М.П. Распространение радиоволн. - М.: Связь, 1972. - 336 с.)

где Р_is - мощность излучения, D-КНД передающей антенны, h₁ - высота подъема передающей антенны, h₂ - высота подъема приемной антенны, h ₀ - минимальная эффективная высота антенны.

На фиг.3 приведены зависимости потенциальной точности местоопределения РДС от расстояния между центральным пунктом радиоконтроля и ИРИ, полученные для значения высоты подъема приемной антенны h ₂=2 м. Максимальным на рисунках является такое расстояние между центральным пунктом радиоконтроля и ИРИ, при котором для всех пунктов радиоконтроля обеспечивается условие прямой видимости

, .

Из зависимостей следует, что точность определения координат ИРИ существенно зависит от дальности размещения пунктов радиоконтроля до ИРИ.

Таким образом, у заявляемого способа появляются свойства, заключающиеся в осуществлении приема сигналов ИРИ и в возможности более точного определения координат ИРИ, связанные с перемещением приемной аппаратуры пунктов радиоконтроля на минимальные удаления от ИРИ.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ местоопределения источника радиоизлучения, основанный на дополнительной доставке в предполагаемый район местонахождения ИРИ N 3 кассет, каждая из которых содержит в себе навигационный приемник, панорамно-приемное устройство и передающее устройство, на определении по сигналу каждого навигационного приемника координаты точки доставки каждой кассеты, одновременном включении по сигналу спутника ретранслятора панорамно-приемных устройств и осуществлении частотного поиск сигналов ИРИ, оцифровки обнаруженного сигнал источника радиоизлучения каждого панорамно-приемного устройства и передачи соответствующими передающими устройствами через спутник- ретранслятор на соответствующие пункты радиоконтроля.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые средства доставки носителей кассет, радиотехнические узлы и устройства. При этом уровень элементной базы позволяет осуществить комбинирование рассматриваемых радиоэлектронный устройств в едином кассетном исполнении.