СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЙ

Заявляемые объекты объединены единым изобретательским замыслом, относятся к радиотехнике и могут быть использованы в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения источников радиоизлучений (ИРИ) с летно-подъемного средства (ЛПС), в частности, с беспилотного летательного аппарата (БЛА).

Известны различные реализации триангуляционного способа местоопределения ИРИ с ЛПС (см. Южаков В.В. Современные методы определения местоположения источников радиоэлектронного излучения // Зарубежная радиоэлектроника, №8, 1987, стр.67-69). В предлагаемых вариантах реализации триангуляционного местоопределения измеряется азимут θ на ИРИ, а систематические ошибки в измерениях частично устраняются путем использования особенностей различных траекторий полета ЛПС.

Основными недостатками способов-аналогов являются:

низкая точность определения местоположения ИРИ в связи с тем, что в точках измерения θ не учитываются такие важные параметры пространственного положения ЛПС, как крен k_bla, тангаж l_bla и склонение ζ_bla;

низкая точность определения координат ИРИ в ряде случаев связана с несогласованностью габаритных размеров антенной системы с рабочим диапазоном частот (используются узкобазисные антенные системы (АС) с ограниченным числом антенных элементов (АЭ));

наложение ограничений на маршрут полета ЛПС.

Известен угломерно-дальномерный способ местоопределения (см. Baron A.R. et al. Passive Direction Finding and Signal Location. Microwave J., 1982, v.25, 9, р.59-76). Он включает прием ИРИ в заданной полосе частот ΔF перемещающемся в пространстве пеленгатором, измерение пространственно-информационных параметров обнаруженных сигналов: азимута θ_j и угла места β_j с одновременным определением местоположения ЛПС {B_lps, L_lps, H_lps}_j, где В_lps, L_lps и Н_lps соответственно широта, долгота и высота ЛПС, предварительное определение удаления ИРИ от ЛПС d_j и координат ИРИ в момент времени t_i в левосторонней системе декартовых координат антенной системы пеленгатора, преобразование предварительных координат ИРИ в географические координаты

Аналог позволяет определять местоположения ИРИ из одной точки, однако точность выполняемых измерений является низкой в силу ряда обстоятельств. В способе не учитывается информация о пространственной ориентации ЛПС (углах крена k_lps, тангажа l_lps и склонения ζ_lps). Кроме того, ситуация усугубляется малыми габаритами БЛА, что влечет за собой рассогласование возможных размеров пеленгаторной антенны и используемого диапазона рабочих частот.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ определения координат источников радиоизлучений (см. пат. РФ №2306579, МПК G01S 0/02, опубл. 20.09.2007 г., бюл. №26). Способ-прототип включает прием сигналов в заданной полосе частот ΔF перемещающимся в пространстве измерителем, измерение первичных координатно-информационных параметров обнаруженных сигналов, в качестве которых используется уровень оцениваемых сигналов, с одновременным измерением и запоминанием вторичных параметров: координат местоположения измерителя, многократное (М раз, М≥4) повторное измерение совокупности первичных и вторичных параметров в процессе перемещения измерителя по свободной траектории, последовательное вычисление М-1 отношений уровней сигналов, построение по вычисленным отношениям М-1 круговых линий положения и определение координат ИРИ в точках пересечения М-1 круговых линий положения.

Способ-прототип обеспечивает более высокую (по сравнению с аналогами) точность местоположения ИРИ с борта ЛПС, при этом для этой цели на основе измеренных приращений входной мощности сигнала формируется система нелинейных уравнений, описывающих круговые линии положения (окружности Апполония).

Однако способу-прототипу также присущ недостаток - его работоспособность сохраняется вблизи с оцениваемым ИРИ. Как показали практические испытания, в диапазоне 30-100 МГц прототип сохраняет свою работоспособность на удалении ЛПС от ИРИ до 8-15 км. На фиг.1 приведена зависимость мощности сигнала на входе измерителя от удаления передатчика. При этом мощность передатчика на частоте 30 МГц Р_пер составляет 10 Вт, приемная и передающие штыревые антенны имеют коэффициент усиления G_пр=1 дБ и G_пер=1 дБ соответственно. Из его рассмотрения следует, что на значительных расстояниях (более 15 км от ИРИ) имеют место незначительные приращения мощности сигнала, что и обуславливает неработоспособность прототипа в этих условиях. В процессе барражирования ЛПС в заданном районе возможно его приближение к ИРИ на необходимое расстояние и определение его координат. При этом существенно возрастают необходимые временные затраты на выполняемые измерения. Последнее может привести к прекращению работы ИРИ и нерешению поставленной задачи.

В то же время известные угломерно-дальномерные способы определения координат ИРИ с летно-подъемных средств (см. пат. РФ №2419106, МПК G01S 13/46 опубл. 20.05.2011 г.) в схожей ситуации (при несогласованных габаритах пеленгаторной антенны с рабочим диапазоном частот) также будут обладать недопустимо низкой точностью измерений.

Целью заявляемого технического решения является разработка способа, обеспечивающего сокращения временных затрат на определение координат ИРИ в условиях, когда налагаются ограничения на габаритные размеры пеленгаторной антенной системы.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения координат источников радиоизлучений, включающем прием сигналов в заданной полосе частот AF перемещающимся в пространстве измерителем, измерение первичных координатно-информационных параметров обнаруженных сигналов, в качестве которых используется уровень оцениваемых сигналов, с одновременным измерением и запоминанием вторичных параметров: координат местоположения измерителя, многократное (М раз, М≥4) повторное измерение совокупности первичных и вторичных параметров в процессе перемещения измерителя, последовательное вычисление М-1 отношений уровней сигналов, построение по вычисленным отношениям М-1 круговых линий положения и определение координат ИРИ в точках пересечения М-1 круговых линий положения в каждой m-й точке измерений m=1, 2,…, М, дополнительно определяют пространственную ориентацию измерителя и первичные пространственно-информационные параметры оцениваемых сигналов, в качестве которых используют разность фаз сигнала в антенных элементах, грубо определяют направление θ_mj прихода оцениваемого сигнала относительно борта измерителя, после чего на каждой m-й точке измерений корректируют направление перемещения измерителя вплоть до определения координат ИРИ.

Благодаря новой сокупности признаков в заявляемом способе на основе поэтапной оптимизации направления перемещения измерителя достигается положительный эффект в виде сокращения временных затрат на определение координат ИРИ.

Известно устройство по пат. РФ №2263327, содержащее антенную решетку, антенный коммутатор, двухканальный приемник, двухканальный аналого-цифровой преобразователь, двухканальный преобразователь Фурье, блок вычитания, блок формирования эталонных значений первичных пространственно-информационных параметров (ППИП), блок вычисления ППИП, умножитель, сумматор, блок определения азимута и угла места, три запоминающих устройства с соответствующими связями. Аналог обеспечивает измерение направления на источник радиоизлучения (углы θ и β) в сложной сигнально-помеховой обстановке. Однако устройству присущ недостаток. Его размещение на ЛПС в условиях наложения ограничений на габаритные размеры АС и количество АЭ приводит к необходимости работать в частотно несогласованном диапазоне волн. Например, при размещении измерителя на БЛА "Орлан 10" в диапазоне частот 30-100 МГц точность оценивания резко падает и составляет Δθ~15-20°.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому устройству определения координат ИРИ является устройство по пат. РФ №2419106, МПК G01S 13/46, опубл. 20.05.2011 г., бюл. №14. Оно сдержит антенную решетку, выполненную из N>2 идентичных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования, антенный коммутатор, N входов которого подключены к соответствующим N выходам антенной решетки, а сигнальный и опорный выходы коммутатора подключены соответственно к сигнальному и опорному входам двухканального приемника, выполненного по схеме с общими гетеродинами, аналого-цифровой преобразователь, выполненный двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, причем сигнальный и опорный выходы промежуточной частоты двухканального приемника соединены соответственно с сигнальным и опорным входами аналого-цифрового преобразователя, блок преобразования Фурье, выполненный двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, сигнальный и опорный входы которого соединены соответственно с сигнальным и опорным выходами аналого-цифрового преобразователя, первое и второе запоминающие устройства, блок вычитания, блок формирования эталонных значений первичных пространственно-информационных параметров (ППИП), блок вычисления ППИП, первый информационный вход которого соединен с сигнальным выходом блока преобразования Фурье, а второй информационный вход - с опорным выходом блока преобразования Фурье, группа информационных выходов блока вычисления ППИП соединена с группой информационных входов первого запоминающего устройства, группа информационных выходов которого соединена с группой входов вычитаемого блока вычитания, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов второго запоминающего устройства, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока формирования эталонных значений ППИП, группа информационных входов которого является первой входной установочной шиной устройства определения координат ИРИ, последовательно соединенные умножитель, сумматор, третье запоминающее устройство, блок определения азимута и угла места, причем первая и вторая группы информационных входов умножителя объединены поразрядно и соединены с группой информационных выходов блока вычитания, генератор синхроимпульсов, выход которого соединен с управляющим входом антенного коммутатора, входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, первого, второго и третьего запоминающих устройств, блока вычитания, умножителя, сумматора, блока определения азимута и угла места, блока формирования эталонных значений ППИП и блока вычисления ППИП, первый вычислитель, предназначенный для определения предварительных координат ИРИ , второй вычислитель, предназначенный для определения скорректированных координат ИРИ , третий вычислитель, предназначенный для определения истинных геоцентрических координат ИРИ , четвертый вычислитель, предназначенный для преобразования истинных геоцентрических координат ИРИ в географические координаты , четвертое запоминающее устройство, радионавигатор, устройство угловой ориентации летно-подъемного средства, предназначенное для измерения углов крена k_lpsi, тангажа l_lpsi, и склонения ζ_lpsi ЛПС, причем первый, второй, третий и четвертый вычислители подключены последовательно, группа информационных выходов четвертого вычислителя является выходной шиной устройства определения координат ИРИ, а первая и вторая группы информационных входов первого вычислителя соединены соответственно с первой и второй группами информационных выходов блока определения азимута и угла места, третья группа информационных входов первого вычислителя соединена со второй группой информационных выходов радионавигатора, первая группа информационных выходов которого соединена с второй группой информационных входов третьего вычислителя и первой группой информационных входов устройства угловой ориентации ЛПС, вторая, третья и четвертая группы информационных входов которого являются соответственно третьей, четвертой и пятой входными установочными шинами устройства определения координат ИРИ, а группа информационных выходов устройства угловой ориентации ЛПС соединена с третьей группой информационных входов третьего вычислителя, группа информационных выходов четвертого запоминающего устройства соединена со второй группой информационных входов второго вычислителя, а группа информационных входов является второй входной установочной шиной устройства определения координат ИРИ, входы синхронизации первого, второго, третьего и четвертого вычислителей объединены и соединены со входами синхронизации четвертого запоминающего устройства, устройства угловой ориентации ЛПС и выходом генератора синхроимпульсов.

Устройство-прототип обеспечивает определение координат ИРИ угломерно-дальномерным способом с борта ЛПС. Высокая точность измерений достигается использованием фазового интерферометра совместно с учетом пространственной ориентации ЛПС в момент выполнения измерений. Однако прототипу присущ общий с известными аналогами недостаток: при наличии ограничений на габаритные размеры пеленгаторной антенны при работе в частотно несогласованном диапазоне волн точностные характеристики последнего резко падают.

Целью заявляемого технического решения является разработка устройства, обеспечивающего повышение точности определения координат ИРИ в условиях, когда налагаются ограничения на габаритные размеры пеленгаторной антенны.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из антенной решетки, выполненной из N>2 идентичных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования, антенного коммутатора, N входов которого подключены к соответствующим N выходам антенной решетки, а сигнальный и опорный выходы коммутатора подключены соответственно к сигнальному и опорному входам двухканального приемника, выполненного по схеме с общими гетеродинами, аналого-цифрового преобразователя, выполненного двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, причем сигнальный и опорный выходы промежуточной частоты двухканального приемника соединены соответственно с сигнальным и опорным входами аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, выполненного двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, сигнальный и опорный входы которого соединены соответственно с сигнальным и опорным выходами аналого-цифрового преобразователя, первого и второго запоминающих устройств, блока вычитания, блока формирования эталонных значений первичных пространственно-информационных параметров (ППИП), блока вычисления ППИП, первый информационный вход которого соединен с сигнальным выходом блока преобразования Фурье, а второй информационный вход - с опорным выходом блока преобразования Фурье, первая группа информационных выходов блока вычисления ППИП соединена с группой информационных входов первого запоминающего устройства, группа информационных выходов которого соединена с группой входов вычитаемого блока вычитания, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов второго запоминающего устройства, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока формирования эталонных значений ППИП, группа информационных входов которого является первой входной установочной шиной устройства определения координат ИРИ, последовательно соединенных умножителя, первого сумматора, третьего запоминающего устройства, блока определения азимута и угла места, причем первая и вторая группы информационных входов умножителя объединены поразрядно и соединены с группой информационных выходов блока вычитания, генератора синхроимпульсов, выход которого соединен с управляющим входом антенного коммутатора, входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, первого, второго и третьего запоминающих устройств, блока вычитания, умножителя, первого сумматора, блока определения азимута и угла места, блока формирования эталонных значений ППИП и блока вычисления ППИП, первого вычислителя, предназначенного для определения предварительных координат ПРИ , второго вычислителя, предназначенного для определения скорректированных координат ИРИ , третьего вычислителя, предназначенного для определения истинных геоцентрических координат ИРИ , четвертого вычислителя, предназначенного для преобразования истинных геоцентрических координат ИРИ в географические координаты , четвертого запоминающего устройства, радионавигатора, устройства угловой ориентации летно-подъемного средства (ЛПС), предназначенного для измерения углов крена k_lpsi, тангажа l_lpsi, и склонения ζ_lpsi, ЛПС, причем первый, второй, третий и четвертый вычислители подключены последовательно, а первая и вторая группы информационных входов первого вычислителя соединены соответственно с первой и второй группами информационных выходов блока определения азимута и угла места, третья группа информационных входов первого вычислителя соединена со второй группой информационных выходов радионавигатора, первая группа информационных выходов которого соединена с второй группой информационных входов третьего вычислителя и первой группой информационных входов устройства угловой ориентации ЛПС, вторая, третья и четвертая группы информационных входов которого являются соответственно третьей, четвертой и пятой входными установочными шинами устройства определения координат ИРИ, а группа информационных выходов устройства угловой ориентации ЛПС соединена с третьей группой информационных входов третьего вычислителя, группа информационных выходов четвертого запоминающего устройства соединена со второй группой информационных входов второго вычислителя, а группа информационных входов является второй входной установочной шиной устройства определения координат ИРИ, входы синхронизации первого, второго, третьего и четвертого вычислителей объединены и соединены со входами синхронизации четвертого запоминающего устройства, устройства угловой ориентации ЛПС и выходом генератора синхроимпульсов, введены пятый вычислитель, предназначенный для преобразования географических координат , в азимутальный угол θ_mj направления на заданный ИРИ, последовательно соединенные счетчик импульсов, пятое запоминающее устройство, второй сумматор, делитель, блок сравнения, шестое запоминающее устройство, восьмой вычислитель, предназначенный для определения приращений уровня сигналов в точках измерений, седьмой вычислитель, предназначенный для нахождения окружностей Апполония, шестой вычислитель, предназначенный для нахождения первичный координатно-информационных параметров и блок статистической обработки, предназначенный для уточнения полученных координат ИРИ. Группа информационных выходов блока статистической обработки является второй выходной шиной устройства определения координат ИРИ. Первая группа информационных входов блока управления соединена с группой информационных выходов пятого вычислителя и является первой выходной шиной устройства определения координат ИРИ, вторая группа информационных входов соединена с группой информационных выходов блока сравнения, а выход соединен со входом управления шестого запоминающего устройства. Вторая группа информационных входов шестого запоминающего устройства соединена с третьей группой выходов двухканального приемника, третья группа информационных входов соединена с первой группой информационных выходов радионавигатора. Вторая группа входов пятого запоминающего устройства соединена со второй группой информационных выходов блока вычисления ППИП. Вторая группа информационных выходов блока сравнения является установочной шиной устройства определения координат ИРИ. Группа информационных входов пятого вычислителя соединена с группой информационных выходов четвертого вычислителя. Счетный вход счетчика импульсов объединен со входами синхронизации пятого и шестого запоминающих устройств, пятого, шестого, седьмого и восьмого вычислителей, второго сумматора, делителя, блока управления и блока статистической обработки. Выход обнуления счетчика импульсов соединен со входами управления второго сумматора, делителя и блока сравнения.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что вводятся новые элементы и связи позволяет достичь цели изобретения: повысить точность местоопределения координат ИРИ в условиях наложения ограничений на габаритные размеры пеленгаторной АС за счет совместного использования первичных пространственно-информационных и координатно-информационных параметров сигналов.

Заявляемые объекты поясняются чертежами, на которых показаны:

на фиг.1 - зависимость уровня сигнала на входе измерителя от удаления источника радиоизлучения;

на фиг.2 - структурная схема устройства определения координат ИРИ;

на фиг.3 - обобщенный алгоритм определения координат ИРИ;

на фиг.4 - обобщенный алгоритм определения направления на ИРИ θ_ij;

на фиг.5 - порядок формирования окружностей Апполония;

на фиг.6 - структурная схема устройства определения координат ИРИ при размещении на беспилотном летательном аппарате.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. В условиях названных выше габаритных ограничений, налагаемых на измеритель, задача определения координат ИРИ способом-прототипом может быть решена. Однако при этом предполагается наличие априорной информации о возможном районе его размещения. В противном случае потребуются значительные временные затраты на поиск этого района. Последнее может привести к окончанию работы источника и как следствия - к невыполнению поставленной задачи. Дополнительно введенные физические операции направлены на решение этой проблемы, что в конечном счете позволяет сократить временные затраты на определение координат ИРИ.

Реализация заявляемого способа поясняется следующим образом. На подготовительном этапе выполняют пространственное описание антенной системы пеленгатора (взаимное размещение АЭ), определяют ориентацию АС в трех плоскостях относительно борта ЛПС, принятых в авиации как крена k_ant, тангажа l_ant и курса α_ant (склонения k_ant) относительно корпуса ЛПС, определяют предельное соотношение сигнал/шум, задают исходные данные для устройства угловой ориентации ЛПС.

В процессе полета ЛПС по аналогии с пат. РФ №2419106 в заданной полосе частот ΔF осуществляют поиск и прием сигналов ИРИ, измерение их пространственных параметров θ_ij и β_ij в системе координат антенной системы.

Одновременно в момент времени t_i определяют местоположение ЛПС с помощью глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) (B_lps, L_lps, H_lps)_i. Ha основе полученных данных осуществляют предварительное определение удаления j-го ИРИ от ЛПС и его координаты в левосторонней системе декартовых координат антенной системы пеленгатора:

Далее в предлагаемом способе учитывают ориентацию АС пеленгатора относительно ЛПС и положение ЛПС в пространстве. Это достигается последовательным переходом из одной системы координат в другую, что удобнее и быстрее выполнять в декартовой системе координат.

В первом преобразовании учитывают априорно известную ориентацию АС относительно ЛПС (уточняют координаты ИРИ) на основе данных, полученных на подготовительном этапе. Коррекция осуществляют в плоскости трех углов Эйлера: крена k_ant, тангажа l_ant и курса α_ant. Исходный вектор последовательно перемножают на три соответствующие углам Эйлера матрицы поворота

где

На следующем этапе осуществляют перевод вектора уточненных координат в геоцентрическую систему координат. Это преобразование учитывает ориентацию ЛПС относительно земной поверхности и положение ЛПС в пространстве, что позволяет получить истинные геоцентрические координаты ИРИ Ориентация ЛПС обычно 14 задается углами k_lps, l_lps и ζ_lps, которые определяют в каждой точке относительно плоскости, касательной к сферической модели земной поверхности. Ось крена k_lps лежит в этой плоскости и направлена на географический север, ось склонения ζ_lps перпендикулярна указанной плоскости и направлена к центру Земли, ось тангажа лежит в указанной плоскости таким образом, что тройка осей представляет правую декартову систему координат. Полученный на предыдущем этапе вектор последовательно перемножают на три соответствующие матрицы поворота (относительно каждой из названных осей).

Система координат, в которой на данном этапе находится вектор , расположена с некоторым поворотом, который зависит от широты и долготы местоположения ЛПС. Для окончательного перехода в геоцентрическую систему координат необходимо довернуть на широту ЛПС В_lps и π/2 минут долготу ЛПС L_lps, используя матрицы поворота, а затем перенести центр системы координат в центр Земли, используя геоцентрические координаты ЛПС. В результате имеем

где

, ,

На завершающем этапе преобразуют истинные геоцентрические координаты местоположения ИРИ в географические координаты где B=arcsin(Z”_j/r_j),

Перевод полученных со значительными погрешностями координат в сферическую систему координат позволяет получить искомый угол θ_mj направления на j-й объект в момент времени t_m

На фиг.4 приведен обобщенный алгоритм определения направления на j-й ИРИ.

Одновременно с измеренным значением θ_mj определяют уровень j-го сигнала на входе измерителя. С этой целью для каждой пары АЭ вычисляют значения взаимных мощностей сигнала Р_l,h(f_v) по формуле

где l, h - номера антенных элементов АС.

Далее определяют суммарную мощность j-го сигнала P(f_v)_j на частоте v путем суммирования взаимных мощностей по всем парам АЭ. После этого определяют среднее значение мощности сигнала в соответствии с выражением

где η - количество используемых в обработке пар антенных элементов. На завершающем этапе выполняют операцию сравнения с пороговым уровнем P_пор, значение которого задается на подготовительном этапе и определяется исходя из априорно заданной вероятности ложной тревоги. При положительном результате выполнения операции сравнения значение запоминается совместно с координатами местоположения ЛПС (B_lps, L_lps)_m, а направление дальнейшего его полета определяется значением θ_mj. Через интервал времени Δt выполняют очередное измерение параметров и (B_lps, L_lps)_m+1, с последующим уточнением дальнейшего маршрута полета ЛПС в соответствии с θ_m+1,j. Выбор значения Δt определяется скоростью и высотой полета ЛПС, оперативными условиями в районе измерений и др.

В предлагаемом способе аналогично прототипу более высокая точность измерения координат ИРИ достигается с помощью определения приращений уровня сигнала при движении измерителя. Поэтому при получении результатов измерений из М точек пространства, М≥4, становится возможным рассчитать координаты j-го ИРИ с более высокой точностью. При этом сделано допущение о том, что уровень сигнала на входе измерителя зависит только от удаления источника сигнала, что справедливо для модели с измерителем, находящимся в воздухе (для трассы распространения радиоволн с прямой видимостью). В этом случае приращение уровня сигнала, измеренного в m+1-й точке относительно предыдущей, можно записать

где λ - длина волны j-го ИРИ, R_m,j и R_m+1,j - расстояние от j-го ИРИ до измерителя, находящегося в точках m и m+1 соответственно. Тогда отношение расстояний до измерителя от точек измерения принимает вид

Известно (см. http://e-science.ru/math/theory/?t=269), что геометрическое место точек плоскости, отношение расстояний которых до двух данных точек - величина постоянная, и определяет окружность Апполония. Следовательно, источник излучения может находиться в любой точке окружности Апполония, проходящей в соответствии с (9). При движении измерителя по маршруту окружности, образованные приращением уровня радиосигнала, пересекаются в точке, являющейся оценкой местоположения ИРИ (см. фиг.5).

Радиус окружности Апполония определяется из выражения

а центр окружности находится в точке

Из выражений (9) - (11) можно получить уравнение, связывающее координаты j-го ИРИ с измеренными приращениями уровней сигнала

Две круговые линии положения имеют две точки пересечения. Для устранения неоднозначности определения координат ИРИ необходимо иметь минимум три круговые линии положения. Таким образом, решая минимально необходимую систему уравнений

из М-1 (М=4) уравнений вида (12), определяются искомые координаты (x_j, y_j).

В связи с тем, что измерение уровней сигнала проводится в разное время и в разных условиях, точность измерения будет различна. Поэтому дальнейший расчет (уточнение) координат целесообразно выполнять через математическое ожидание всех полученных координат точек пересечения

где - оценочные координаты 7-го ИРИ, х_k, y_k - координаты точек пересечения системы уравнений (13).

При составлении уравнений (13) использованы только последовательные приращения уровней сигнала a возможно построить круговых линий положения

Данное обстоятельство позволяет повысить точность определения координат за счет использования дополнительных линий положения. Выражение для оценки координат в этом случае принимает вид

Устройство определение координат источников радиоизлучений содержит антенную решетку 5, выполненную из N>2 идентичных антенных элементов, расположенных в плоскости пеленгования, антенный коммутатор 6, N входов которого подключены к соответствующим N выходам антенной решетки 5, а сигнальный и опорный выходы коммутатора 6 подключены соответственно к сигнальному и опорному входам двухканального приемника 7, выполненного по схеме с общими гетеродинами, аналого-цифровой преобразователь 8, выполненный двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, причем сигнальный и опорный выходы промежуточной частоты двухканального приемника 7 соединены соответственно с сигнальным и опорным входами аналого-цифрового преобразователя 8, блок преобразования Фурье 9, выполненный двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, сигнальный и опорный входы которого соединены соответственно с сигнальным и опорным выходами аналого-цифрового преобразователя 8, первое 11 и второе 2 запоминающие устройства, блок вычитания 12, блок формирования эталонных значений первичных пространственно-информационных параметров (ППИП) 3, блок вычисления ППИП 10, первый информационный вход которого соединен с сигнальным выходом блока преобразования Фурье 9, а второй информационный вход - с опорным выходом блока преобразования Фурье 9, первая группа информационных выходов блока вычисления ППИП 10 соединена с группой информационных входов первого запоминающего устройства 11, группа информационных выходов которого соединена с группой входов вычитаемого блока вычитания 10, группа входов уменьшаемого которого соединена с группой информационных выходов второго запоминающего устройства 2, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока формирования эталонных значений ППИП 3, группа информационных входов которого является первой входной установочной шиной устройства определения координат ИРИ 4, последовательно соединенные умножитель 13, первый сумматор 14, третье запоминающее устройство 15, блок определения азимута и угла места 16, причем первая и вторая группы информационных входов умножителя 13 объединены поразрядно и соединены с группой информационных выходов блока вычитания 12, генератор синхроимпульсов 1, выход которого соединен с управляющим входом антенного коммутатора 6, входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя 8, блока преобразования Фурье 9, первого 11, второго 2 и третьего 15 запоминающих устройств, блока вычитания 12, умножителя 13, первого сумматора 14, блока определения азимута и угла места 16, блока формирования эталонных значений ППИП 3 и блока вычисления ППИП 10, первый вычислитель 17, предназначенный для определения предварительных координат , второй вычислитель 18, предназначенный для определения скорректированных координат ИРИ , третий вычислитель 19, предназначенный для определения истинных геоцентрических координат ИРИ , четвертый вычислитель 20, предназначенный для преобразования истинных геоцентрических координат ИРИ в географические координаты , четвертое запоминающее устройство 24, радионавигатор 25, устройство угловой ориентации летно-подъемного средства (ЛПС) 26, предназначенное для измерения углов крена k_lpsi, тангажа l_lpsi и склонения ζ_lpsi ЛПС, причем первый 17, второй 18, третий 19 и четвертый 20 вычислители подключены последовательно, а первая и вторая группы информационных входов первого вычислителя 17 соединены соответственно с первой и второй группами информационных выходов блока определения азимута и угла места 16, третья группа информационных входов первого вычислителя 17 соединена со второй группой информационных выходов радионавигатора 25, первая группа информационных выходов которого соединена с второй группой информационных входов третьего вычислителя 19 и первой группой информационных входов устройства угловой ориентации ЛПС 26, вторая 27, третья 28 и четвертая 29 группы информационных входов которого являются соответственно третьей, четвертой и пятой входными установочными шинами устройства определения координат ИРИ, а группа информационных выходов устройства угловой ориентации ЛПС соединена с третьей группой информационных входов третьего вычислителя 19, группа информационных выходов четвертого запоминающего устройства 24 соединена со второй группой информационных входов второго вычислителя 18, а группа информационных входов 23 является второй входной установочной шиной устройства определения координат ИРИ, входы синхронизации первого 17, второго 18, третьего 19 и четвертого 20 вычислителей объединены и соединены со входами синхронизации четвертого запоминающего устройства 24, устройства угловой ориентации ЛПС 26 и выходом генератора синхроимпульсов 1.

Для повышения точности определения координат ИРИ в условиях, когда налагаются ограничения на габаритные размеры пеленгаторной антенны дополнительно введены пятый вычислитель 21, предназначенный для преобразования географических координат в азимутальный угол θ_m,j направления на заданный ИРИ, последовательно соединенные счетчик импульсов 30, пятое запоминающее устройство 31, второй сумматор 32, делитель 33, блок сравнения 34, шестое запоминающее устройство 35, восьмой вычислитель 41, предназначенный для определения приращений уровня сигналов в точках измерений, седьмой вычислитель 40, предназначенный для нахождения окружностей Апполония, шестой вычислитель 39, предназначенный для нахождения первичных координатно-информационных параметров и блок статистической обработки 38, предназначенный для уточнения полученных координат ИРИ, группа информационных выходов которого является второй выходной шиной 42 устройства определения координат ИРИ, и блок управления 36, первая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов пятого вычислителя 21 и является первой выходной шиной 32 устройства определения координат ИРИ, вторая группа информационных входов соединена с группой информационных выходов блока сравнения 34, а выход соединен со входом управления шестого запоминающего устройства 35, вторая группа информационных входов которого соединена с третьей группой выходов двухканального приемника 7, третья группа информационных входов соединена с первой группой информационных выходов радионавигатора 25, вторая группа входов пятого запоминающего устройства 31 соединена со второй группой информационных выходов блока вычисления ППИП 10, вторая группа информационных входов блока сравнения 34 является шестой установочной шиной 37 устройства определения координат ИРИ, группа информационных входов пятого вычислителя 21 соединена с группой информационных выходов четвертого вычислителя 20, счетный вход счетчика импульсов 30 объединен со входами синхронизации пятого 31 и шестого 35 запоминающих устройств, пятого 21, шестого 39, седьмого 40 и восьмого 41 вычислителей, второго сумматора 32, делителя 33, блока управления 36 и блока статистической обработки 38, а выход обнуления счетчика импульсов 30 соединен со входами управления второго сумматора 32, делителя 33 и блока сравнения 34.

Устройство определения координат ИРИ работает следующим образом (см. фиг.2). Основными элементами его являются: фазовый интерферометр (блоки 1-21), предназначенный для грубого определения координат ИРИ, тракт измерения мощности сигнала (блоки 30-35) , тракт точного определения местоположения ИРИ (блоки 38-41), дополненные элементами навигации (блоки 25 и 26) и управления (блок 36).

Работа фазового интерферометра аналогична устройству-прототипу (см. пат. РФ №2419106). На подготовительном этапе выполняют следующие операции. Измеряют взаимные расстояния между антенными элементами А_l,h решетки 5 при их размещении на плоскости. Результаты измерений по шине 4 (см. фиг.2) поступают на вход блока формирования эталонных значений ППИП 3. Весь заданный диапазон частот ΔF делят на поддиапазоны, размеры которых Δf определяются минимальной шириной пропускания приемных трактов 7. Поддиапазоны, количество которых V=ΔF/Δf, нумеруют v=1, 2, …, V. Рассчитывают средние частоты всех поддиапазонов по формуле f_v=Δf(2v-1)/2. Рассчитывают эталонные значения ППИП (блок 3) для средних частот всех поддиапазонов f_v. В качестве ППИП используют значения разностей фаз сигналов Δφ_l,h(f_v) для всех возможных парных комбинаций антенных элементов в рамках антенной решетки 5.

В процессе расчета эталонных ППИП в блоке 3 моделируют размещение эталонного источника поочередно вокруг АС измерителя с дискретностью Δθ и Δβ на удалении нескольких длин волн. В блоке 3 по известному алгоритму (см. пат. РФ №2283505, G01S 13/46, опубл. 24.05.2004 г., бюл. №30) вычисляют значение разностей фаз Δφ_l,h,эm(f_v), которые в дальнейшем хранятся во втором запоминающем устройстве 2 (см. фиг.2).

В процессе работы устройства с помощью блоков 5-16 осуществляют поиск и обнаружение сигналов ИРИ в заданной полосе частот ΔF. Принимаемые решеткой 5 сигналы на частоте f_v поступают на соответствующие входы антенного коммутатора 6. В задачу последнего входит обеспечение синхронного подключения в едином промежутке времени любых пар антенных элементов к опорному и сигнальному выходам. В результате последовательно во времени на оба сигнальных входа двухканального приемника 7 поступают сигналы со всех возможных пар антенных элементов (АЭ) решетки 5. При этом все антенные элементы периодически выступают как в качестве сигнальных, так и в качестве опорных (при условии использования полнодоступного коммутатора 6). Этим достигается максимальный набор статистики о пространственных параметрах электромагнитного поля.

Сигналы, поступившие на входы приемника 7, усиливают, фильтруют и переносят на промежуточную частоту, например 10,7 МГц. С опорного и сигнального выходов промежуточной частоты блока 7 сигналы поступают на соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя (AЦП) 8, где синхронно преобразуют в цифровую форму. Полученные цифровые отсчеты сигналов антенных элементов А_l и А_h в блоке 8 перемножают на цифровые отсчеты двух гармонических сигналов одной и той же частоты, сдвинутые относительно друг друга на π/2. В результате в блоке 8 формируют четыре последовательности отсчетов (квадратурные составляющие отсчетов от двух АЭ A_l и А_h). Для реализации необходимой импульсной характеристики цифровых фильтров в АЦП 8 выполняют операцию перемножения отсчетов каждой квадратурной составляющей сигнала на соответствующие отсчеты временного окна. Порядок выполнения этих операций подробно рассмотрен в пат. РФ №2263328 и пат. РФ №2283505.

На завершающем этапе в блоке 8 формируют две комплексные последовательности отсчетов путем попарного объединения соответствующих отсчетов скорректированных последовательностей, которые поступают на входы блока преобразования Фурье 9.

В результате выполнения в блоке 9 операции в соответствии с выражением получают две преобразованные последовательности, характеризующие спектры сигналов, принимаемых в АЭ А_l и A_h, а следовательно, и их фазовые характеристики. Однако этого недостаточно для измерения Δφ_l,h(f_v) в парах АЭ А_l и А_h. Последнее предполагает вычисление функции взаимной корреляции сигналов в соответствии с выражением

где l, h=1, 2,…, N, l≠h - номер АЭ. На его основе определяют Δφ_l,h(f_v) как

Кроме того, определяют значение Р_l,h(f_v) в соответствии с выражением

Эти функции выполняются блоком вычисления ППИП 10. В предлагаемом устройстве измеренное значение Δφ_l,h(f_v) очередным импульсом генератора 1 записывают в первое запоминающее устройство 11. Данная операция повторяется до тех пор, пока не будут записаны в блок 11 значения ППИП для всех возможных сочетаний пар АЭ. Выполнение этой операции соответствует формированию массива измеренных ППИП Δφ_l,h,изм(f_v)

Основное назначение блоков 12, 13, 14, 15, 16 и 2, 3 состоит в том, чтобы оценить степень отличия измеренных параметров Δφ_l,h,изм(f_v) от эталонных значений Δφ_l,h,эm(f_v), рассчитанных для всех направлений прихода сигнала Δθ_k и Δβ_c и всех f_v,

По аналогии с прототипом данная операция осуществляется следующим образом. Эталонные значения Δφ_l,h,эm(f_v), хранящиеся в запоминающем устройстве 2, поступают на вход уменьшаемого блока вычитания 12. На вход вычитаемого блока 12 поступают измеренные значения Δφ_l,h,изм(f_v) с выхода блока 11. Операция вычитания осуществляется в строгом соответствии с порядком формирования пар АЭ.

На следующем этапе полученные разности возводят в квадрат в блоке 13. Данная операция необходима для того, чтобы все результаты операции вычитания имели положительное значение. В противном случае могла возникнуть бы ситуация, когда сумма положительных и отрицательных разностей компенсировали друг друга. Для возведения в квадрат каждый результат вычислений умножают на себя в блоке 19. Полученные квадраты разностей складывают в сумматоре 14 и записывают в третье запоминающее устройство 15. В результате в блоке 15 формируют массив данных H_θ,β(f_v), на основе которого получают пространственные параметры θ_i и β_i в системе координат АС. Эта операция осуществляется блоком 16 путем поиска минимальной суммы min H_θ,β(f_v) в массиве данных H_θ,β(f_v). Очередным импульсом синхронизации генератора 1 значения θ_i и β_i из блока 16 по соответствующим выходам поступает на первую и вторую группы информационных входов первого вычислителя 17. После этого содержимое первого 11 и третьего 15 запоминающих устройств обнуляют и начинают новый цикл измерения пространственных параметров θ_i+1 и β_i+1.

В функции первого вычислителя входит предварительное определение удаления ИРИ от ЛПС d_i и координат ИРИ в левосторонней системе декартовых координат антенной системы измерителя (1). Для реализации этих функций на первую группу информационных входов блока 17 поступает значение θ_j, на вторую группу информационных входов - β_j, а на третью группу информационных входов - значение высоты ЛПС Н_lps со второй группы информационных выходов радионавигатора 25.

Результаты предварительного определения координат ИРИ с группы информационных выходов блока 17 поступают на первую группу информационных входов второго вычислителя 18. В функции этого блока входит уточнение предварительных координат на основе априорно известной ориентации антенной системы измерителя относительно борта ЛПС. Последняя поступает по второй входной установочной шине 23 на информационные входы четвертого запоминающего устройства 24, представляющего собой буферное запоминающее устройство. С информационных выходов блока 24 значения (k_ant, l_ant, ζ_ant) поступают на вторую группу информационных входов второго вычислителя 18. Вектор уточненных координат определяют путем последовательного умножения на три соответствующие углам Эйлера матрицы поворота в соответствии с (2).

Значение уточненных координат с выходов блока 18 поступает на первую группу информационных входов третьего вычислителя 19. В функции этого блока входит определение истинных геоцентрических координат местоположения ИРИ с учетом измеренных в момент времени t_m пространственных углов ЛПС: крена k_lpsm, тангажа l_lpsm и склонения ζ_lpsm; широты В_lpsm, долготы L_lpsm и высоты Н_lpsm его местоположения. С этой целью на вторую группу информационных входов с первой группы выходов радионавигатора 25 поступают данные о пространственном местоположении ЛПС (B_lps, L_lps, H_lps), а на третью группу информационных входов блока 19 с информационных выходов блока угловой ориентации ЛПС 26 подаются значения углов (k_lps, l_lps, ζ_lps)_m, характеризирующие ориентацию ЛПС в пространстве в момент измерения заявляемым устройством параметров ИРИ {θ, β)_m. Определение истинных геоцентрических координат в блоке 19 выполняют в соответствии с выражением (3). Следует отметить, что информация о пространственном положении ЛПС (B_lps, L_lps, H_lps)_m используется блоком 26 для нахождения угловой ориентации ЛПС (k_lps, l_lps, ζ_lps). По этой причине она поступает с первой группы информационных выходов блока 25 на информационные входы блока 26.

В связи с тем, что использование геоцентрических координат на практике затруднено, четвертым вычислителем 20 осуществляют преобразование истинных геоцентрических координат ИРИ в географические в соответствии с выражением (4).

На завершающем этапе с помощью пятого вычислителя 21 преобразуют географические координаты j-го ИРИ в его пространственный параметр (пеленг) θ_mj, необходимый для коррекции направления полета ЛПС. Данная операция блоком 21 выполняется в соответствии с выражением (5).

Одновременно с измерением θ_mj оценивают приращение мощности сигнала на входе измерителя ΔP(f_v)_m,m+1,j. Для выполнения этой операции задействованы блоки 30-35 и 41. Измеренное блоком 10 значение взаимной мощности сигнала Р_l,h(f_v) поступает на группу информационных входов пятого запоминающего устройства 31. В функции блоков 31 и 32 входит вычисление суммарной мощности P(f_v) путем суммирования взаимных мощностей P_l,h(f_v) по всем парам АЭ. В блоке 32 осуществляется последовательное суммирование поступающих на его вход значений Р_l,h(f_v) с выхода блока 31. Продвижение информации с выхода блока 31 на вход блока 32 осуществляется импульсами генератора 1. После поступления η таких импульсов (что соответствует количеству используемых в обработке пар АЭ) на выходе блока 32 формируется значение суммарной мощности P(f_v) для данного поддиапазона Δf_v. Последнее поступает на группу информационных входов делителя 33. Передним фронтом управляющего импульса, сформированным на выходе обнуления счетчика импульсов 30, в блоке 33 выполняется операция деления на η (выражение 7), что соответствует вычислению средней мощности сигнала в частотном поддиапазоне Δf_v. Этим же импульсом результаты вычислений записываются в блок сравнения 34. Задним фронтом этого импульса обнуляется сумматор 32. В результате блок 31 готов к новому циклу вычисления суммарной мощности Р(f_v). Значения средней мощности последовательно поступают на вход блока сравнения 34 (под воздействием импульсов блока 30). В случае превышения текущим значением порогового уровня Р_пор оно поступает на первую группу информационных входов шестого запоминающего устройства 35 и первую группу информационных входов блока управления 36. На вторую группу входов блока 36 поступает измеренное значение θ_mj. При наличии обеих измеренных величин (θ_mj, ) блоком 36 формируется управляющий сигнал, разрешающий запись в блок 35 значения . Кроме того, этим же импульсом в блок 35 одним файлом записываются частота сигнала Δf_v (с третьей группы выходов блока 7) и координаты ЛПС (B_lps, L_lps, H_lps)_m. Очередной управляющий импульс блок 36 сформирует через заданный интервал времени Δt при одновременном поступлении измеренных значений θ_m+1,j и . Наличие последних в совокупности с пороговой проверкой свидетельствуют о достаточном качестве выполненной оценки параметра . Номинал частоты Δf_v используется в качестве индикатора принадлежности измеренных значений к j-му ИРИ.

На этапе точного измерения координат ИРИ задействованы блоки 38-41. Значения , (B_lps, L_lps, H_lps)_m и Δf_v из блока 35 поступают на группу информационных входов восьмого вычислителя 41. В его функции входит накопление заданного количества М измеренных значений и вычисление приращений ΔР(f_v)_m,m+1,j в соответствии с (8). Найденные значения ΔP(f^v)_m,m+1,j поступают на группу информационных входов седьмого вычислителя 40. Его назначение состоит в том, чтобы по имеющимся значениям ΔР(f_v)_m,m+1,j и координатам точек выполненных измерений m сформировать окружности Апполония в соответствии с выражениями (9)-(11). Полученные в блоке 40 результаты поступают на группу информационных входов шестого вычислителя 39. В его функции входит нахождение точек пересечения окружностей Апполония путем решения системы уравнений (13), что и соответствует определению координат j-го ИРИ. На завершающем этапе в блоке статической обработки 38 полученные результаты уточняются в соответствии с выражениями (14).

Использование в качестве транспортного средства БЛА, например "Орлан-10" (см. фиг.6), влечет за собой двухпозиционное размещение элементов устройства:

воздушная компонента на борту БЛА включает блоки 1; 5-10; 24; 25;

наземная компонента включает блоки 2; 3; 11-24; 30-41. При этом указанные межблочные связи сохраняются.

На борту БЛА выполняют измерение первичных пространственных и координатно-информационных параметров Δφ_l,h(f_v) и P_l,h(f_v) соответственно (блоки 1; 5-10). Кроме того, определяется местоположение БЛА и его пространственная ориентация (блоки 25 и 26), частота настройки приемника 7. Названная информация передается на наземный пункт управления с помощью дополнительно введенных первого радиомодема 43 и радиопередатчика 44 по высокоскоростному симплексному каналу связи на частотах 2-2,5 ГГц. Скорость передачи информации составляет 4 Мбит/с, а дальность связи зависит от высоты полета и местных условий и в среднем составляет 100-130 км (см. hhtp://bla-orlan.ru/default/catalog/orlan 10.html).

Наземный пункт управления (наземная компонента) как правило состоит из двух автоматизированных рабочих мест (АРМ):

обработки первичной информации и определения координат ИРИ;

обработки командно-телеметрической информации и управления БЛА.

Первое автоматизированное рабочее место обработки первичной информации и определения координат содержит блоки 2; 3; 11-21; 24; 30-41, а также дополнительно введенные радиоприемное устройство 45 и второй радиомодем 46. В рамках этого АРМ определяются координаты ИРИ (B, L)_j, а также направление на него θ_mj. Синхронизацию работы блоков 2; 3; 11-21; 24; 30-41 обеспечивает дополнительный генератор синхроимпульсов 52.

Управление БЛА "Орлан-10" реализуют с помощью второго АРМ обработки командно-телеметрической информации и управления БЛА по низкоскоростному дуплексному каналу связи на частотах 900-920 МГц в режиме псевдослучайной перестройки рабочей частоты (блоки 47-50). По этому каналу осуществляют задание маршрута полета, порядок облета: проход на высоте или барражирование и т.д. Исходная информация (местоположения БЛА и его пространственная ориентация) на второй АРМ поступает по низкоскоростному дуплексному каналу связи, а направление на j-й ИРИ θ_mj с первого АРМ. В соответствии с поступившими исходными данными оператор второго АРМ корректирует направление полета БЛА с помощью блока 51.

В устройстве, реализующем предложенный способ, используют известные элементы и блоки, описанные в научно-технической литературе. Блоки с 1 по 20, 24-26 реализуют аналогично соответствующим блокам устройства-прототипа. Варианты реализации антенных элементов и антенной решетки 5 широко рассмотрены в литературе (см. Саидов А.С. и др. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. - М.: Радио и связь. 1997; Torrieri D.J. Principles of military communications system. Dedham. Massachusetts. Artech House, inc., 1981. - 298 p.). Тип используемых АЭ определяется местом размещения антенной решетки 5. Под фюзеляжем в АС, как правило, используются ненаправленные АЭ. При размещении антенной решетки 5 в других местах используют направленные АЭ. В качестве последних могут быть использованы широкополосные трехдиапазонные рупорно-микрополосковые антенны (см. пат. РФ №2360338, см. пат. РФ №2345453). Антенные коммутаторы 6 широко известны (см. Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение. - М.: Радио и связь, 1989. - 240 с.; Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. - М.: Радио и связь, 1987. - 120 с.). Двухканальный приемник 7 может быть реализован с помощью двух профессиональных приемников типа IC-RS500 фирмы ICOM (см. Communication Receiver IC-R8500. Instruction Manual). При этом первый и второй гетеродины одного из приемников используют одновременно в качестве первого и второго гетеродинов соответственно второго приемника. Кроме того, в качестве приемника 7 могут попарно использоваться и другие приемники фирмы ICOM: IC-R7000, IC-PCR1000.

Двухканальный АЦП 8 и блок преобразования Фурье 9, а также блок вычисления ППИП 10, первое запоминающее устройство 11 могут быть реализованы с помощью стандартных плат: субмодуля цифрового приема ADMDDC2WB и ADP60PCI v.3.2 на процессоре Shark ADSP-21062 (см. руководство пользователя e-mail: insys@arc.ru www-сервер www.insys.ru).

Построение генератора синхроимпульсов 1 известно и широко освещено в литературе (см. Радиоприемные устройства: учебное пособие для радиотехн. Спец. ВУЗов / Ю.Т.Давыдов и др. М.: Высшая школа, 1989. - 342 с.; Функциональные узлы адаптивных компенсатор помех: Часть II. В.В.Никитченко. - Л.: ВАС. - 1990. - 176 с.).

С помощью блоков 12, 13 и 14 реализуют выражение (18) описания. Варианты выполнения первого сумматора 14, блока вычитания 12 приведены, например, в (Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.).

Второе 2 и третье 15 запоминающие устройства реализуют по известным схемам (см. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник/ А.Ю.Горденов и др. - М.: Радио и связь, 1990. - 288 с.; Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение. - М.: Радио и связь, 1990. - 160 с.).

Умножитель 13 реализует операцию возведение в квадрат (выражение 18), а его выполнение освещено в (Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.)

Блок формирования эталонных ППИП предназначен для создания таблиц эталонных значений разностей фаз Δφ_l,h,эm(f_v) для различных пар АЭ решетки 5 и различных поддиапазонов v. На подготовительном этапе по входной установочной шине 4 задают следующие исходные данные:

сектор обработки по азимуту (θ_min, θ_max) и углу места (β_min, β_max);

точность нахождения углового параметров Δθ и Δβ;

удаление эталонного источника D;

топология размещения АЭ {r_n},где r_n={X_n, Y_n, Z_n};

Задача блока 3 состоит в том, чтобы для данного подвижного пеленгатора, каждого частотного поддиапазона ΔF для заданной топологии антенной решетки 5 с дискретностью по азимуту Δθ и углу места Δβ рассчитать идеальные (эталонные) значения разностей фаз Δφ_l,h,эm(f_v) для всех пар антенных элементов с учетом того, что эталонный источник перемещается на удаление D от решетки. Блок 3 может быть реализован в виде автомата, микропроцессора (см. Шевкоплес Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.). В качестве последнего целесообразно использовать 16-разрядный микропроцессор К1810ВМ86.

Реализация блока определения азимута и угла места 16 известна и широко освещена в литературе. Предназначен для поиска минимальной суммы Н_θ,β(f_v) и может быть реализован по пирамидальной схеме с использованием быстродействующих компараторов (см. Шевкоплес Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.).

Реализация четвертого запоминающего устройства 24 трудностей не вызывает. Блок 24 представляет собой буферное запоминающее устройство и может быть реализован аналогично блоку 2.

Радионавигатор 25 предназначен для измерения путевого угла µ_lps, широты В_lps, долготы L_lps и высоты Н_lps нахождения ЛПС в момент времени t_m (момент измерения параметров угловой ориентации ЛПС и местоположения ИРИ). Данная функция может быть реализована с помощью навигатора GPS (см. Garmin. GPS навигаторы 12, 12XL, 12СХ. Руководство пользователя www.jj.connect.ru).

Первый 17, второй 18, третий 19 и четвертый 20 вычислители предназначены для предварительного определения координат ИРИ (блок 17) и последующего уточнения этого значения благодаря учету ориентации АС измерителя относительно борта ЛПС и собственно угловой ориентации ЛПС в пространстве. Каждый из вычислителей выполняет строго определенные в выражениях 1-4 операции, реализация которых сложностей не вызывает. Для повышения быстродействия названные блоки могут быть реализованы на программируемых постоянных запоминающих устройствах, например серии К541 и К500. Для уменьшения массогабаритных характеристик, потребляемого тока блоки 17, 18, 19 и 20 целесообразно реализовать на специализированном микропроцессоре TMS320c6416 (см. TMS320c6416: http://focus/ti/com/docs/prod/folders/print/TMS320c6416.html), алгоритм работы которого приведен на фиг.4. Одновременно на микропроцессоре TMS320c6416 могут быть реализованы блоки 12-16.

Устройство угловой ориентации ЛПС 26 предназначено для измерения пространственных параметров ЛПС: крена k_lps, тангажа l_lps и склонения ζ_lps Реализация блока известна (см. пат. РФ №2371733, пат. РФ №2374659).

Пятый вычислитель 21 предназначен для преобразования географических координат j-го ИРИ в направление на него θ_mj в соответствии с выражением (5). Для уменьшения массогабаритных характеристик, потребляемого тока блок 21 целесообразно реализовать совместно с блоками 17-20 на специализированном микропроцессоре TMS320c6416 (см. TMS320c6416: http://focus/ti/com/docs/prod/folders/print/TMS320c6416.html).

Счетчик импульсов 30, пятое запоминающее устройство 31, второй сумматор 32, делитель 33, блок сравнения 34 и шестое запоминающее устройство 35 предназначены для измерения мощности сигнала на входе измерителя, сравнения с пороговым значением Р_пор, а при выполнении пороговых условий - запоминание полученного результата. Реализация названных блоков трудностей не вызывает.Блоки 31 и 35 представляют собой буферные запоминающие устройства, реализуются по известным схемам (см. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник/ А.Ю.Горденов и др. - М.: Радио и связь, 1990. - 288 с.; Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение. - М.: Радио и связь, 1990. - 160 с.). Блоки 30, 32, 33 и 34 могут быть реализованы на элементарной логике микросхем с ТТЛ-уровнем сигналов.

Шестой 39, седьмой 40 и восьмой 41 вычислители предназначены для преобразования измеренных мощностей сигнала на входе измерителя в координаты j-го ИРИ (B, L)_j с последующим уточнением этого значения в блоке статистической обработки 38.

Вычислитель 41 предназначен для накопления М измерений значений и преобразование их в приращений мощности сигнала в ΔP(f_v)_m,m+1,j в соответствии с выражением (8).

Седьмой вычислитель 40 предназначен для преобразования найденных приращений уровней сигналов на входе измерителя в окружности Апполония в соответствии с выражением (10), центры которых определяются из (11).

Шестой вычислитель 39 предназначен для нахождения координат точек пересечения окружностей Апполония (координат ИРИ) в соответствии с выражением (13).

Блок статистической обработки 38 предназначен для повышения точности определения координат ИРИ. Последние определяются через математическое ожидание всех полученных координат точек пересечения в соответствии с (14).

Блок управления 36 предназначен для формирования сигнала, разрешающего запись значения мощности в шестое запоминающее устройство 35. Формирование этого сигнала возможно при одновременном наличии измеренных значений θ_mj и на его информационных входах.

Однако этот сигнал формируется не чаще, чем через заданный интервал времени Δt. Представляет из себя совокупность таймера и блока сравнения, реализация которых трудностей не вызывает.

Для уменьшения массогабаритных характеристик, потребляемого тока блоки 30-41 целесообразно реализовать на втором специализированном микропроцессоре TMS320c64J6.

При реализации заявляемого устройства на БЛА "Орлан 10" измеритель первичных параметров (бортовая часть) выполнен трехканальным. Радиоприемники IС-8500 из-за массогабаритных характеристик заменены на трехканальный приемник фирмы ООО "Специальный Технологический Центр" г.Санкт-Петербург (см. stc-spb.ru). В связи с тем, что на БЛА используется трехэлементная АС 5, необходимость в антенном коммутаторе 6 отпала. Блоки 7, 8 и 9 также выполнены трехканальными.

Кроме того, блоки 2; 3; 11-21; 24; 30-41 из состава первого АРМ могут быть реализованы на персональном компьютере (ноутбуке). В качестве минимальных требований к нему можно определить следующее: процессор Core i5 2000 МГц, 1 ГБ оперативной памяти, 200 МБ свободного пространства на жестком диске. Программная составляющая: операционная система Windows ХР SP1 и выше, библиотека. NetFrameWork 4.0.

Выполнены практические испытания предлагаемого способа и устройства определения координат в диапазоне 30-3000 МГц на базе БЛА "Орлан-10". Диапазон перекрывался пятью сменными литерами:

1. 30-100 МГц. Расстояние между АЭ 1,5-3 метра.

2. 100-200 МГц. Расстояние между АЭ 0,8 метра.

3. 200-400 МГц. Расстояние между АЭ 0,5 метра.

4. 400-700 МГц. Расстояние между АЭ 0,25 метра.

5. 700-3000 МГц. Расстояние между АЭ 0,14 метра.

Точность местоопределения ИРИ оценивалась на расстоянии 5-10 км при высоте полета от 400 до 1000 метров. Во всех пяти литерах измерители первичных параметров (воздушная компонента на борту БЛА) выполнены трехканальными. В результате испытаний получены следующие результаты:

Приведенные в таблице данные свидетельствуют о том, что при использовании предлагаемых способа и устройства обеспечивается точность определения координат ИРИ с погрешностью меньшей 10% от дальности. С другой стороны достигается резкое сокращение временных затрат на выполняемые измерения благодаря оптимизации маршрута полета БЛА (ЛПС).