Способ первичного отождествления позиционных измерений и определения местоположения целей в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе в условиях многоцелевой обстановки

Предлагаемое изобретение относится к радиолокации, а именно к способу определения местоположения наземных целей наземной пространственно распределенной радионавигационной системой (РНС), содержащей передатчики опорных станций РНС, наземный приемник, в которой для подсвета целей используются сигналы передатчиков РНС.

Радионавигационная система «передатчики - цели - приемник» решает задачу, связанную с объединением в приемнике информации, поступающей от нескольких передатчиков при радиолокационном наблюдении нескольких целей. Эта задача состоит в отождествлении измеряемых параметров с соответствующими целями и определении местоположения этих целей.

В радиолокации весьма обширный и важный класс лоцируемых объектов составляют источники радиоизлучений, наблюдение за которыми осуществляется приемниками, принимающими излучаемые радиосигналы. Широкое применение на практике нашли системы, базирующиеся на пеленгационных методах [1].

Одной из задач, решаемых при радиолокационном наблюдении, является задача отождествления пеленгов источников излучений, измеренных в различных приемных устройствах [2].

Известны также способы многопозиционной радиолокации [3, 4, 5].

Однако эти способы не предназначены для определения координат наземных целей в пространственно распределенной РНС.

Задачей предлагаемого способа является определение местоположения нескольких наземных целей радионавигационной системой по измерениям сумм расстояний от наземных целей до передатчиков опорной станции РНС и наземного приемника, координаты которых известны. При этом в наземном приемнике неизвестна информация о принадлежности измеренных расстояний той или иной наземной цели.

Поставленная задача решается следующим способом:

- передатчики опорных станций РНС с известными координатами (х_n, y_n), (n=1, 2, …, N) излучают навигационные сигналы, которые рассеиваются наземными целями с искомыми координатами х_цm, у_цm (m=1, 2, ..., М), наземный приемник с известными координатами (х₀, у₀), синхронизированный с передатчиками опорных станций РНС, по сигналам, рассеянным наземными целями, измеряет расстояния R_nm «n-й передатчик - m-я цель - приемник»;

- для обзора пространства возможного расположения целей задаются координаты виртуальной наземной цели х_ц(k), у_ц(k), k=1, 2, …, K;

- формируется L=K×N^M систем уравнений из разностей между виртуальными и измеренными расстояниями «n-й передатчик - m-я цель - приемник»,

- формируются суммы модулей разностей

L=l, 2, …, K×N^M;

- после расчета сумм модулей разностей Δ_L координатами М наземных целей выбираются координаты, соответствующие М минимальным значениям этих сумм.

На Фиг. 1 приведена функциональная схема наземной пространственно распределенной РНС «передатчики - цели - приемник».

Наземная пространственно распределенная РНС состоит из наземных передатчиков опорных станций 1₁, 1₂, …, 1_N с известными координатами (х_n, у_n), (n=1, 2, …, N) и наземного радиоприемника 2 с известными координатами (х₀, у₀).

Наземные передатчики опорных станций 1₁ 1₂, …, 1_N излучают навигационные сигналы, которые рассеиваются наземными целями 3₁, 3₂, …, 3_М с искомыми координатами (х_цm, у_цm), (m=1, 2, …, М).

Наземный приемник 2 с известными координатами (х₀, у₀), синхронизированный с наземными передатчиками опорных станций 1₁, 1₂, …, 1_N наряду с навигационными сигналами, распространяющимися вдоль прямого пути «n-й передатчик - приемник» принимает навигационные сигналы, рассеянные наземными целями 3₁, 3₂, …, 3_М, находящимися в зоне действия наземной пространственно распределенной РНС.

При приеме слабого рассеянного навигационного сигнала осуществляется компенсация мощного навигационного сигнала прямого распространения, играющего роль структурно-детерминированной помехи. Для этого при приеме входной реализации в виде смеси мощного прямого навигационного сигнала и слабого навигационного сигнала, рассеянного целью, осуществляется процедура обнаружения мощного прямого сигнала, формируется точная копия этого сигнала и вычитается из записанной входной реализации [6].

Далее наземный приемник 2, синхронизированный с наземными передатчиками опорных станций 1₁, 1₂, …, 1_N, измеряет расстояния R_nm, «n-й передатчик - m-я цель - приемник». Однако в наземном приемнике 2, неизвестно какой из m-ой наземной цели 3₁, 3₂, …, 3_М принадлежит расстояние «n-й передатчик - m-я цель - приемник». Из-за этого возникает большое число возможных вариантов координат наземных целей 3₁, 3₂, …, 3_М

В ходе процесса первичного отождествления результатов измерений в наземной пространственно распределенной РНС необходимо измерения расстояний, проведенные по навигационным сигналам, рассеянным наземными целями 3₁, 3₂, …, 3_М и принятым в наземном приемнике 2, поставить в соответствие нужной наземной цели 3₁, 3₂, …, 3_М и грубо определить ее координаты.

Способ первичного отождествления позиционных измерений и определения местоположения целей в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе в условиях многоцелевой обстановки основан на виртуальном обзоре пространства возможного расположения наземных целей 3₁, 3₂, …, 3_М по координатам х и у с шагом, соответствующим разрешающей способности наземной пространственно распределенной РНС. При этом на каждом k-ом шаге сканирования задаются предполагаемые координаты х_ц(k) и у_ц(k) виртуальной цели 3₁, 3₂, …, 3_М.

Координаты виртуальной цели х_ц(k) и у_ц(k) связываются с измеренными расстояниями R_nm вдоль трассы распространения «n-й передатчик - m-я цель - приемник» с помощью системы приближенных уравнений

где ε_n, n=1, 2, …, N - погрешность измерения расстояний.

Особенность этой системы состоит в том, что в наземном приемнике 2 неизвестно какой из m-ой наземной цели 3₁, 3₂, …, 3_М принадлежит расстояние «n-й передатчик - m-я воздушная цель - приемник».

Из-за этого возникает большое число возможных вариантов систем уравнений, определяемое количеством K виртульных наземных целей и числом возможных переборов расстояний, равным N^M. Вследствие этого число возможных вариантов систем уравнений для определения координат равно K×N^M.

Для решения поставленной задачи сформулируем критерий принадлежности координат виртуальных целей соответствующим наблюдаемым целям 3₁, 3₂, …, 3_М.

Перепишем уравнения системы (1) в виде разностей между левой и правой частями

Число L возможных вариантов систем (2) равно K×N^M.

Для каждого варианта сформируем сумму модулей разностей

L=1, 2, …, K×N^M.

Эта сумма будет иметь минимальное значение, когда координаты х_ц(k) и у_ц(k) виртуальной цели будут близки к координатам (х_цm, у_цm), истинной цели 3_m и измеренные приемником 2 расстояния R_nm будут принадлежать этой цели.

То есть критерием наличия М целей в точках их возможного расположения (х_ц(k), у_ц(k)), будет М минимальных значений суммы из всех L=K×N^M возможных.

Таким образом, после расчета модулей разностей Δ_L координатами М целей выбираются координаты, соответствующие М минимальным значениям этих модулей, при этом набор из М векторов, каждый из которых включает N измерений R_nm, обеспечивающий минимум Δ_L, является результатом первичного отождествления позиционных измерений в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе.

Литература

1. Черняк B.C. Многопозиционная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1993, стр. 73-74, 392-396].

2. Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник. / Ширман Я.Д., Лосев Ю.И., Минервин Н.Н. и др. / Под ред. проф. Я.Д. Ширмана. - М.: ЗАО "Маквис", 1998, стр. 608].

3. Зайцев Д.В. Многопозиционные радиолокационные системы. М.: «Радиотехника», 2007, 96 с.

4. Патент 2332684 РФ, МПК G01S 10/00. Способ многопозиционной радиолокации и устройство для его осуществления / А.Л. Куликов (РФ); Куликов Александр Леонидович (РФ). - №2007102750; Заявлено 24.01.2007; Опубл. 27.08.2008, Бюл. 24. - 5 с.: 1 ил.

5. Патент 2584689 РФ, МПК G01S 13/74. Многопозиционная система определения воздушных судов / Г.Н. Майков, А.В. Демидюк, Е.В. Демидюк (РФ); Геннадий Николаевич Майков (РФ), Андрей Викторович Демидюк (РФ), Евгений Викторович Демидюк (РФ). - №2014145250; Заявлено 11.11.2014; Опубл. 20.05.2016, Бюл. 14. - 11 с.: 3 ил.

6. Патент 2591052 РФ, МПК G01S 5/06, G01S 13/95. Способ обнаружения и оценки радионавигационных параметров сигнала космической системы навигации, рассеянного воздушной целью, и устройство его реализации / В.В. Кирюшкин и др (РФ); Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (РФ), Федеральное государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина « (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (РФ). - №2014101847; Заявлено 21.01.2014; Опубл. 27.07.2015, Бюл. 19. - 12 с. 1 ил.