ФАЗОРАЗНОСТНАЯ РАДИОНАВИГАЦИОННАЯ СИСТЕМА С ШИРОКОПОЛОСНЫМ СИГНАЛОМ

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано в локальных навигационных системах и сетях для управления движением мобильных объектов в локальных зонах навигации.

Известна система для определения местоположения движущегося по дорогам транспортного средства (Road vehicle locating system) [Международная заявка РСТ N89/12835: G01S 5/02, G08G 1/12 - (UK - заявл. 17.06.88, опубл. 28.12.89)], содержащая приемник сигналов, размешенный на центральной станции, навигационное устройство, размещенное на движущемся объекте, и передающий блок типа радиотелефона, соединенный с навигационным устройством.

Приемник является существенным признаком и заявляемой системы.

Причиной, препятствующей достижению в этом аналоге технического результата, обеспечиваемого изобретением, является относительно низкая точность определения координат, так как координаты определяются навигационным устройством на основе данных радиомаяков, которые недостаточно точны.

Известна также защищенная патентом РФ №2013785, кл. G01S 13/00, 1994, система определения местоположения подвижных объектов, содержащая центральный пункт, не менее четырех приемных пунктов, M-передатчиков, приемные и передающие антенны, блоки измерения задержки, приемники.

Передатчики и приемники являются существенными признаками и заявляемой системы.

Причиной, препятствующей достижению в этом аналоге технического результата, обеспечиваемого изобретением, является сложность реализации системы, что обусловлено большим объемом оборудования и необходимостью использования достаточно сложной системы единого времени.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является система для измерения координат объекта навигации (заявка на патент №2014118209/07(028837) от 05.05.2014, решение о выдаче патента от 18.05.2015).

Система содержит размещенный на объекте навигации передатчик высокочастотных сигналов, размещенные в точках с известными координатами три приемника указанных сигналов, три измерительных канала (канала разностной частоты), каждый из которых содержит последовательно включенные балансный смеситель, узкополосный фильтр, усилитель-ограничитель и резонансный усилитель, выход которого является выходом измерительного канала, при этом выходы первого, второго и третьего приемников соединены с обоими входами балансного смесителя соответственно первого, второго и третьего измерительных каналов, размещенные в центральном пункте обработки три фазовых детектора, три аналого-цифровых преобразователя и вычислитель координат объекта навигации, первый вход первого фазового детектора соединен со вторым входом третьего фазового детектора и выходом первого измерительного канала, второй вход первого фазового детектора соединен с первым входом второго фазового детектора и выходом второго измерительного канала, а первый вход третьего фазового детектора соединен со вторым входом второго фазового детектора и выходом третьего измерительного канала, а каждый из аналого-цифровых преобразователей включен между выходом соответствующего фазового детектора и соответствующим входом вычислителя координат объекта навигации.

Установленный на объекте навигации передатчик высокочастотных сигналов, размещенные в точках с известными координатами три приемника указанных сигналов, три измерительных канала (канала разностной частоты), каждый из которых содержит последовательно включенные балансный смеситель, узкополосный фильтр, усилитель-ограничитель и резонансный усилитель, выход которого является выходом измерительного канала, размещенные в центральном пункте обработки три фазовых детектора, три аналого-цифровых преобразователя и вычислитель координат объекта навигации являются существенными признаками и заявляемой системы.

Причинами, препятствующими обеспечению в системе-прототипе технического результата, обеспечиваемого изобретением, являются небольшая область пространства, в которой однозначно могут быть измерены координаты объектов навигации с заданной точностью, а также низкая защищенность системы по отношению к возможности организации умышленных помех со стороны возможного злоумышленника.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение области пространства, в пределах которой возможно однозначное определение координат объекта навигации с заданной точностью и повышение защищенности системы по отношению к возможности организации умышленных помех со стороны возможного злоумышленника.

Для достижения указанного технического результата в известную систему, содержащую установленный на объекте навигации передатчик высокочастотных сигналов, размещенные в точках с известными координатами три приемника указанных сигналов, три измерительных канала (канала разностной частоты), каждый из которых содержит последовательно включенные балансный смеситель, узкополосный фильтр, усилитель-ограничитель и резонансный усилитель, выход которого является выходом измерительного канала, размещенные в центральном пункте обработки три фазовых детектора, три аналого-цифровых преобразователя и вычислитель координат объекта навигации, при этом выходы первого, второго и третьего приемников соединены с обоими входами балансного смесителя соответственно первого, второго и третьего измерительных каналов, первый вход первого фазового детектора соединен со вторым входом третьего фазового детектора и выходом первого измерительного канала, второй вход первого фазового детектора соединен с первым входом второго фазового детектора и выходом второго измерительного канала, первый вход третьего фазового детектора соединен со вторым входом второго фазового детектора и выходом третьего измерительного канала, а каждый из аналого-цифровых преобразователей включен между выходом соответствующего фазового детектора и соответствующим входом вычислителя координат объекта навигации, дополнительно введены размещенные на объекте навигации опорный кварцевый генератор, первый делитель частоты, генератор двоичной псевдослучайной последовательности импульсов, два синтезатора частоты и сумматор, установленный на объекте передатчик высокочастотных сигналов содержит последовательно соединенные фазовый модулятор и усилитель, первый вход фазового модулятора является входом передатчика, выходом которого является выход усилителя, при этом выход опорного кварцевого генератора подключен к опорным входам обоих синтезаторов частоты и одновременно через делитель частоты к тактовому входу генератора двоичной псевдослучайной последовательности импульсов, выход которого соединен со вторым входом фазового модулятора передатчика, к входу которого через сумматор подключены выходы обоих синтезаторов частоты, в центральном пункте обработке дополнительно размещены второй, третий, четвертый делители частоты, а также четвертый, пятый и шестой фазовые детекторы, при этом выходы первого, второго и третьего измерительных каналов дополнительно подключены к входам соответственно второго, третьего и четвертого делителей частоты, выход второго делителя частоты подключен к первому входу четвертого и второму входу шестого фазовых детекторов, выход третьего делителя частоты подключен к первому входу пятого и второму входу четвертого фазовых детекторов, выход четвертого делителя частоты подключен к первому входу шестого и второму входу пятого фазовых детекторов, а выходы четвертого, пятого и шестого фазовых детекторов через четвертый, пятый и шестой аналого-цифровые преобразователи подключены к соответствующим дополнительным входам вычислителя координат объекта навигации.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых приведены:

- на фиг. 1 - структурная схема предлагаемой системы;

- на фиг. 2 - взаимное расположение мобильного объекта навигации (МО), опорных радионавигационных точек ОРТ1 - ОРТ3 и центрального пункта обработки (ЦПО);

- на фиг. 3 - зоны однозначного измерения координат для предлагаемой системы и системы-прототипа;

- на фиг. 4 - примеры временных диаграмм сигналов на входах и выходах делителей частоты;

- на фиг. 5 - спектральные диаграммы излучаемых сигналов для предлагаемой системы и системы-прототипа.

Предлагаемая система содержит размещенные на объекте навигации опорный кварцевый генератор 1, два синтезатора частоты 2.1 и 2.2, сумматор 3, первый делитель частоты 4, генератор псевдослучайной последовательности импульсов 5, передатчик высокочастотных сигналов, состоящий из фазового модулятора 6 и усилителя 7, расположенные в опорных точках с известными координатами три приемника 8.i излученных с объекта навигации сигналов, три канала измерительных канала (каналы формирования разностной частоты), каждый из которых содержит последовательно включенные балансный смеситель 9,i , узкополосный фильтр 10.i , усилитель-ограничитель 11.i , резонансный усилитель 12.i , размещенные в центральном пункте обработки второй, третий и четвертый делители частоты 13.1, 13.2, 13.3, шесть фазовых детекторов 14.i, , шесть аналого-цифровых преобразователей 15.i, и вычислитель 16 координат объекта навигации.

Выход опорного кварцевого генератора 1 соединен с опорными входами синтезаторов частоты 2.1 и 2.2, а также через первый делитель частоты 4 с тактовым входом генератора двоичной псевдослучайной последовательности импульсов 5. Выходы синтезаторов частоты 2.1 и 2.2 через сумматор 3 подключены к первому входу фазового модулятора 3, второй вход которого соединен с выходом генератора двоичной псевдослучайной последовательности импульсов 5, а выход подключен к входу усилителя 7, выход которого является выходом передатчика.

Выходы каждого из приемников 8.i соединены с обоими входами балансного смесителя 9.i соответствующего измерительного канала. Выход резонансного усилителя 12.1 первого измерительного канала соединен с входом второго делителя частоты 13.1, первым входом первого 14.1 и вторым входом третьего 14.3 фазовых детекторов, выход резонансного усилителя 12.2 второго измерительного канала соединен с входом третьего делителя частоты 13.2, первым входом второго 14.2 и вторым входом первого 14.1 фазовых детекторов, выход резонансного усилителя 12.3 третьего измерительного канала соединен с входом четвертого делителя частоты 13.3, первым входом третьего 14.3 и вторым входом второго 14.2 фазовых детекторов. Выход второго делителя частоты 13.1 соединен с и первым входом четвертого 14.4 и вторым входом шестого 14.6 фазовых детекторов. Выход третьего делителя частоты 13.2 соединен с первым входом пятого 14.5 и вторым входом четвертого 14.4 фазовых детекторов. Выход четвертого делителя частоты 13.3 соединен с первым входом шестого 14.6 и вторым входом пятого 14.5 фазовых детекторов. Выходы всех фазовых детекторов через соответствующие аналого-цифровые преобразователи 15.1-15.6 подключены к соответствующим входам вычислителя координат объекта навигации 16.

Функционирование системы поясняется фиг. 2, где показаны мобильный объект навигации (МО), на котором размещены опорный кварцевый генератор 1, синтезаторы частоты 2.1 и 2.2, сумматор 3, делитель частоты 4, генератор двоичной псевдослучайной последовательности импульсов 5, фазовый модулятор 6, усилитель 7, выход которого подключен к передающей антенне. В опорных радионавигационных точках ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3, расположенных в точках с известными координатами (X₁, Y₁), (Х₂, Y₂) и (Х₃, Υ₃), размещены соответственно приемники 8.1, 8.2 и 8.3 и соответствующие измерительные каналы (каналы выделения разностной частоты). Там же показаны расстояния D₁, D₂ и D₃ между объектом навигации и опорными радионавигационными точками, а также направление N на север.

В центральном пункте обработки (ЦПО) размещены делители частоты 13.i , фазовые детекторы 14.i , аналого-цифровые преобразователи 15.i и вычислитель координат объекта навигации 16.

Кварцевый генератор 1 формирует опорный гармонический сигнал, который подается на опорные входы синтезаторов частоты 2.1 и 2.2, формирующих два высокостабильных гармонических сигнала с разными, но близкими частотами ω₀ и ω₁ и произвольными начальными фазами φ₀ и φ₁. Сформированные синтезаторами частоты сигналы через сумматор 3 поступают на первый вход фазового модулятора 6, на второй вход которого поступает двоичная псевдослучайная последовательность (ПСП) прямоугольных импульсов r(t), формируемая генератором 5, тактовый вход которого подключен к выходу делителя частоты 4. На выходе фазового модулятора 6 формируется двухчастотный фазомодулированный сигнал S_ФM (t), представляющий собой сумму двух бинарных фазомодулированных сигналов (BPSK, ФМ2) с частотами ω₀ и ω1, которые синхронно модулированы по фазе двоичной импульсной псевдослучайной последовательностью импульсов r(t).

где А - амплитуда сигнала;

r(t) - формируемая генератором ПСП 5 двоичная импульсная псевдослучайная последовательность с одинаковыми положительными и отрицательными уровнями напряжения "+V" и "-V".

Двухчастотный фазоманипулированный сигнал с выхода фазового модулятора усиливается усилителем 7 и через антенну излучается с объекта навигации в направлении точек ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3.

Этот сигнал принимается приемниками 8.1, 8.2 и 8.3 в опорных радионавигационных точках ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3, находящихся соответственно на расстояниях D₁, D₂ и D₃ от объекта навигации:

,

,

,

где с=3·10⁸ м/с - скорость распространения радиоволн в атмосфере.

Принятые в опорных радионавигационных точках сигналы поступают на входы соответствующих измерительных каналов (каналов формирования разностных частот).

Каждый из измерительных каналов состоит из последовательно включенных балансного смесителя 9.i , узкополосного фильтра 10.i , усилителя-ограничителя 11.i и резонансного усилителя 12.i .

Принятый двухчастотный фазоманипулированный сигнал s_i(t) с выхода соответствующего приемника 8.i поступает на оба входа балансного смесителя 9.i . В нем этот сигнал, по сути, возводится в квадрат, вследствие чего происходит демодуляция бинарных фазомодулированных сигналов: они преобразуются в гармонические сигналы с частотами ω₀ и ω₁ и на выходе балансного смесителя формируется смесь четырех следующих сигналов:

1) сигнал с нулевой частотой (постоянная составляющая);

2) гармонические сигналы с удвоенными частотами 2ω₀ и 2ω₁;

3) гармонический сигнал с суммарной частотой ω_Σ = ω₀ + ω₁;

4) гармонический сигнал с разностной частотой .

Узкополосные фильтры 10.i настроены на разностную частоту ω_p, поэтому постоянная составляющая, равно как и высокочастотные составляющие с частотами 2ω₀, 2ω₁ и (ω₀ + ω₁) подавляются этими фильтрами. Сигналы же с частотой ω_р проходят через фильтры 10.i , усилители-ограничители 11.i и резонансные усилители 12.i на выходы соответствующих измерительных каналов. Усилители-ограничители 11.i и резонансные усилители 12.i нормируют сигналы разностной частоты по амплитуде, сохраняя их гармоническими и устраняя в то же время зависимость их амплитуды от расстояния между мобильным объектом и радионавигационными точками.

Таким образом, на выходах измерительных каналов в каждой из радионавигационных точек ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3 сформируются гармонические сигналы разностной частоты ω_р с постоянной амплитудой U:

,

,

.

Эти сигналы сдвинуты по фазе один относительно другого на величины , и , которые определяются расстояниями D₁, D₂ и D₃ соответственно.

Сигналы разностной частоты с выходов измерительных каналов по проводам поступают в ЦПО, получая при этом дополнительные фазовые сдвиги, величины которых зависят от расстояний R₁, R₂ и R₃, разделяющих ЦПО и соответствующую опорную точку.

Следовательно, в ЦПО на входы фазовых детекторов 14.1, 14.2 и 14.3 (а также делителей частоты 13.1, 13.2 и 13.3) из опорных радионавигационных точек поступят три следующих сигнала с частотой ω_p:

, i=(1, 2, 3),

Здесь A_i - амплитуда соответствующего сигнала;

R_i - расстояние между опорной радионавигационной точкой OPTi и ЦПО;

ν - скорость распространения радиосигнала в линиях связи, соединяющих опорные радионавигационные точки и ЦПО;

- дополнительный фазовый сдвиг из-за прохождения расстояния R_i между ЦПО и опорной точкой OPTi.

Эти сигналы можно представить в следующем виде:

ξ_ip(t) = A_icos(ω_pt + ψ_i),

где .

В соответствии с применяемым в системе фазовым разностно-дальномерным методом в ЦПО измеряются разности фаз сигналов, принятых в разных парах опорных радионавигационных точек. Например, для пар опорных точек ОРТ2 - ОРТ1 и ОРТ2 - ОРТ3 на выходах фазовых детекторов 14.1 и 14.2 формируются напряжения, пропорциональные разностям фаз Δψ₂₁ = ψ₂ - ψ₁ сигналов ξ_2р(t), ξ_1p(t) и Δψ₂₃ = ψ₂ - ψ₃ сигналов ξ_2p(t), ξ_3p(t):

,

.

Из этих выражений следует, что измеряемые разности фаз Δψ₂₁ и Δψ₂₃ не зависят от начальных фаз φ₀ и φ₁ высокочастотных сигналов с частотами ω₀ и ω₁, формируемых синтезаторами частоты 2.1 и 2.2.

Исключив из последних выражений для Δψ₂₁ и Δψ₂₃ известные и не зависящие от координат объекта навигации фазовые сдвиги и , получим окончательные выражения для расчета координат объекта навигации:

,

.

Величины Δφ₂₁ и Δφ₂₃ представляют собой разности фаз сигналов на частоте ω_р соответственно между второй-первой и второй-третьей опорными точками. Указанные разности фаз однозначно соответствуют разностям дальностей D₂-D₁ и D₂-D₃ соответственно.

По полученным таким путем разностям фаз Δφ₂₁ и Δφ₂₃ можно рассчитать координаты объекта навигации. Алгоритм расчета приводится ниже.

При этом однозначные измерения координат объекта навигации возможны только в той области пространства, для которой разности фаз Δφ₂₁ и Δφ₂₃ не выходят за пределы интервала [-π/2 ÷ π/2]. Это условие выполняется, если в пределах указанной области пространства расстояния от любой ее точки до любой из опорных радионавигационных точек различаются между собой не более, чем на λ_р/2 - половину длины волны сигнала разностной частоты ω_р. Область пространства, для которой выполняется это условие, ограничена четырехугольником GHMK, сторонами которого являются линии положения GH, НМ, MK и KG (фиг. 3), уравнения которых имеют следующий вид:

;

,

где параметр L₁ равен для линии GH и для линии MK, а параметр L₂ равен для линии KG и для линии НМ.

Для расширения области однозначного определения координат необходимо увеличивать величину λ_р, т.е. уменьшать величину разностной частоты ω_р. Это приводит с снижению точности измерения координат объекта навигации, если точность фазовых измерений остается прежней. Чтобы расширить зону однозначного измерения координат и одновременно избежать снижения точности их измерения, в предлагаемой системе фазовые измерения сигналов, принятых от объекта навигации в опорных радионавигационных точках, выполняют на двух частотах - на разностной ω_р и на масштабной , которая в n раз (примерно на порядок) меньше ω_p. Для этого сформированные в опорных точках ОРТ1÷ОРТ3 сигналы с помощью делителей частоты 13.1÷13.3 делят по частоте в n раз, в результате чего дополнительно получают еще три сигнала с масштабной частотой ω_м, которые детектируются попарно фазовыми детекторами 14.4÷14.6, и совместно с соответствующими сигналами с выхода фазовых детекторов 14.1÷14.3 используются для устранения неоднозначности фазовых измерений на частоте ω_р путем дополнительных измерений соответствующих разностей фаз на масштабной частоте ω_м. Вследствие этого область однозначного определения координат расширяется до четырехугольника ABEF, и при этом точность измерения координат объекта навигации остается прежней: она определяется точностью фазовых измерений на частоте ω_р.

На фиг. 4 в качестве примера приведены временные диаграммы двух сигналов с одинаковой задержкой на разностной (диаграммы 1, 2) и масштабной (диаграммы 3, 4) частотах. Период сигналов разностной частоты в 8 раз меньше периода масштабной частоты (т.е. коэффициент деления делителей частоты 13.1-13.3 n=8). Задержка рассматриваемых сигналов друг относительно друга одинакова Δt=2,5T_p, однако их фазовые сдвиги различны: на разностной частоте фазовый сдвиг составляет 5π, а на масштабной он в n раз меньше: . Следовательно, измерение разности фаз на разностной частоте неоднозначно (измеренное значение окажется равным π, тогда как фактический фазовый сдвиг равен 5π), а на масштабной однозначно: .

Коэффициент деления n делителей частоты 13.1÷13.3 выбирают таким образом, чтобы масштабная частота ω_м обеспечивала однозначность фазовых измерений в рабочей зоне системы.

При этом для расчета координат объекта навигации используют фактические разности фаз сигналов на разностной частоте ω_р, которые вычисляют на основе результатов фазовых измерений следующим образом:

,

,

где Δφ_м и Δφ_р - разности фаз сигналов, измеренные в ЦПО на частотах ω_м и ω_р;

int(x) - целая часть аргумента х.

Величина k представляет собой целое число периодов сигнала с частотой ω_p, которое укладывается на интервале времени, соответствующем измеренной разности фаз Δφ_м на частоте ω_м.

Величины коэффициентов k и фактических разностей фаз находятся для каждой пары ОРТ.

Ниже приведен алгоритм пересчета результатов фазовых измерений в координаты объекта навигации. Этот алгоритм применим для локальных навигационных систем, когда допустимо пренебречь сферичностью Земли, а скорость распространения радиоволн в зоне действия навигационной системы можно считать постоянной.

Исходными данными для расчета являются:

- измеренные в ЦПО на частоте ω_р разности фаз Δψ_21p и Δψ_23р сигналов ξ_2р(t), ξ_1p(t) и ξ_2p(t), ξ_3р(t) сигналов разностной частоты для радионавигационных точек ОРТ2 - ОРТ1 и ОРТ2 - ОРТ3;

- измеренные в ЦПО на частоте ω_м разности фаз Δψ_21м и Δψ_23м сигналов масштабной частоты, полученных из сигналов ξ_1p(t), ξ_2p(t) и ξ_3p(t) путем деления последних по частоте в n раз.

Кроме того, в расчете используются следующие параметры:

- значения частот ω₀ и ω₁ гармонических сигналов, формируемых первым 2.1 и вторым 2.2 синтезаторами частот;

- скорость распространения радиоволн в атмосфере, с;

- скорость распространения радиосигнала ν между опорными навигационными точками и ЦПО;

- расстояние R₂₁ между второй и первой опорными радионавигационными точками;

- расстояние R₂₃ между второй и третьей опорными радионавигационными точками;

- расстояния R₁, R₂ и R₃ между ЦПО и ОРТ1, ОРТ2 и ОРТ3 соответственно;

- коэффициент n деления делителей частоты 13.1÷13.3.

Порядок расчета следующий.

1. Вычисляются разностная и масштабная частоты.

2. Измеренные в ЦПО разности Δψ_21м и Δψ_23м фаз на частоте ω_м пересчитываются к опорным радионавигационным точкам ОРТ2 - ОРТ1 и ОРТ2 - ОРТ3:

;

.

Вычисляются величины

,

.

3. Вычисляются фактические разности фаз сигналов для пар точек ОРТ2 - ОРТ1 и ОРТ2 - ОРТ3 на частоте ω_р:

;

.

4. Решается навигационная задача - определяются координаты объекта навигации:

а) вычисляются разности расстояний от объекта навигации до опорных точек

,

,

где D₁, D₂, D₃ - расстояния от объекта навигации (МО) до первой ОРТ1, второй ОРТ2 и третьей ОРТ3 опорных радионавигационных точек в соответствии с фиг. 2;

б) ΔD₂₁ и ΔD₂₃ нормируются по длинам базовых линий R₂₁ и R₂₃ и вычисляется параметр γ:

, , ;

в) определяются вспомогательные параметры:

a=α₂₁-α₂₃; b=γ·Δd₂₃-Δd₂₁,

где α₂₁ - угол между осью y и базовой линией R₂₁;

α₂₃ - угол между осью y и базовой линией R₂₃;

г) каким-либо из численных итерационных методов (например, методом деления отрезка пополам) решается уравнение для вычисления угла β₂₃ между базовой линией R₂₃ и направлением на объект навигации:

cos(a-β₂₃)-γcosβ₂₃=b;

д) вычисляется расстояние D₂ от точки ОРТ2 до объекта навигации

;

е) вычисляются координаты объекта навигации в местной прямоугольной системе координат, начало которой находится в точке ОРТ2:

X=D₂ cos(α₂₃+β₂₃),

Y=D₂ sin(α₂₃+β₂₃).

То обстоятельство, что в предлагаемой системе фазовые измерения выполняют на двух частотах, разностной ω_р и масштабной ω_м, позволяет сделать вывод, что использование предлагаемой системы позволяет значительно расширить область пространства, в которой возможно однозначное определение координат объекта навигации по сравнению с прототипом и одновременно сохранить точность их измерения. Разностная частота ω_р (т.е. разнос между частотами) выбирается достаточно высокой: за счет этого обеспечивается высокая точность измерений, а масштабная ω_м в 5÷10 раз меньше ω_р, чтобы обеспечить однозначность фазовых измерений в требуемой зоне работы системы. Величина масштабной частоты задается коэффициентом деления частоты n.

Для расчета координат объекта навигации используются результаты более точных фазовых измерений, полученных на частоте ω_p, тогда как результаты измерений на масштабной частоте ω_м применяются лишь для устранения неоднозначности результатов фазовых измерений, полученных на частоте ω_р. Это позволяет расширить зону однозначного измерения координат для предлагаемой системы, сохранив при этом высокую точность измерения координат объектов навигации.

Таким образом, в предлагаемом способе сохраняются все возможности измерения координат объекта навигации, что и в системе-прототипе. Кроме того, вследствие фазовой модуляции излучаемых с объекта навигации сигналов случайной двоичной псевдослучайной последовательностью импульсов существенно расширяется их спектр.

Ширина спектра Δω_фм излучаемого с объекта навигации двухчастотного фазомодулированного сигнала определяется средней длительностью импульсов модулирующей псевдослучайной последовательности r(t).

.

Величина регулируется путем выбора коэффициента деления первого делителя частоты, который определяет частоту тактовых импульсов для генератора двоичной псевдослучайной последовательности импульсов. Ширину спектра излучаемых сигналов можно увеличить в десятки-сотни раз в сравнении с прототипом, что позволяет во столько же раз уменьшить их спектральную плотность.

На фиг. 5 приведены спектральные диаграммы сигналов, излучаемых с объекта навигации для системы-прототипа (фиг. 5а) и предлагаемой системы (фиг. 5б).

При выборе средней сважности модулирующей двоичной последовательности r(t), близкой к 2 (например, если в качестве таковой использовать, например, линейную рекуррентную последовательность максимальной длины: М-последовательность), спектр излучаемых бинарных фазомодулированных сигналов будет практически сплошным и в нем будут отсутствовать спектральные составляющие с частотами ω₀ и ω₁. Низкая спектральная плотность излучаемых сигналов, отсутствие в их спектре составляющих с несущими частотами в совокупности с малым временем излучения сигнала затрудняет их обнаружение и измерение величин частот ω₀ и ω₁ вероятным злоумышленником. Вследствие этого существенно затрудняется возможность подавления работы предлагаемой радионавигационной системы по сравнению с прототипом.

Помимо этого в предлагаемой системе исключена присущая системе-прототипу составляющая погрешности, обусловленная нестабильностью разностной частоты ω_p. Для формирования гармонических сигналов с частотами ω₀ и ω₁ в предлагаемой системе используются два синтезатора частоты с общим опорным генератором, вследствие чего эти частоты оказываются жестко связанными друг с другом, чем устраняется причина возникновения рассматриваемой нестабильности разностной частоты. Следовательно, точность измерения координат в предлагаемой системе выше, чем в прототипе.

Техническая реализация системы не вызывает затруднений.

Для реализации высокочастотных сигналов может быть выбран диапазон 1200-1400 МГц. В этом диапазоне легко обеспечить выполнение условия узкополосности при передаче и приеме двух сигналов и одновременно избежать больших потерь энергии радиосигналов в атмосфере.

В качестве синтезаторов частоты 2.1, 2.2 можно использовать микросхему типа ADF4360-5, в качестве делителей частоты 4, 13.1 13.2, 134.3 - микросхему типа 512ПС10, в качестве фазового модулятора 6 - балансный модулятор типа RF2638. В качестве формирователя двоичной псевдослучайной последовательности генератор линейной рекуррентной последовательности на основе регистра сдвига с обратными связями на микросхемах 561ИР2, в качестве усилителя высокочастотных сигналов 7 могут быть использованы интегральные СВЧ-усилители типа SPF5122Z.

В качестве антенн можно использовать полуволновые вибраторы. В качестве сумматора 3 можно применить микрополосковый сумматор с двумя входами.

В качестве приемников 8.1, 8.2 и 8.3 сигнала можно использовать СВЧ-усилители типа SPF5122Z, в качестве фазовых детекторов 14.1-14.6 - микросхемы типа SYPD-1.

В качестве аналого-цифровых преобразователей 15.1-15.3 и вычислителя 16 можно использовать микросхемы STM32F407, содержащие два встроенных 12-разрядных аналого-цифровых преобразователя и 16-разрядный микропроцессор.

Балансные смесители 9.i могут быть реализованы на транзисторах BFP620.

В качестве узкополосных фильтров 10.i можно использовать активные полосовые фильтры второго порядка на операционном усилителе AD797ANZ.

В качестве усилителей-ограничителей 11.i можно использовать логарифмический усилитель AD8309.

В качестве резонансного усилителя 12.i также можно использовать активные полосовые фильтры второго-четвертого порядка на операционных усилителях AD797ANZ.