×
08.08.2020
220.018.3df4

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КООРДИНАТ И СКОРОСТЕЙ ОБЪЕКТОВ СКАНИРУЮЩЕЙ МНОГОПОЗИЦИОННОЙ РАДИОСИСТЕМОЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Использование: для создания многопозиционных радиосистем пеленгации объектов в радиодиапазоне длин волн на малой дальности. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения пространственных координат и скоростей объектов сканирующей многопозиционной радиосистемой заключается в размещении в пространстве нескольких радиоприемников, сканирующих зону обзора и взаимно ориентированных матрицами поворота и базовыми векторами, соединяющими системы координат приемников, формировании в одном периоде сканирования ортов векторов направлений на объекты, распределении этих ортов по принадлежности конкретным объектам с учетом моментов времени образования ортов и нахождении оценок дальностей до объектов и координат векторов скоростей путем решения системы уравнений линейной зависимости векторов, при этом добавляют внешний радиопередатчик, и сканирование антенн приемников осуществляют электронным образом в последовательности периодов с задержкой во времени, при этом в каждом периоде сканирования сигналы, переданные передатчиком и принятые приемниками, преобразуют в комплексные спектры, выделяют спектральные составляющие, амплитуды которых превышают порог обнаружения полезного сигнала и по факту превышения порога определяют амплитудно-фазовым методом угловые координаты азимута и угла места положения объектов, после чего на основе угловых координат находят орты векторов направлений на объекты в системах координат приемников, группируют орты по принадлежности конкретным объектам, затем из координат ортов каждой группы и разностей моментов времени сканирования составляют по определенному правилу матрицу А, вычисляют матрицу весовых коэффициентов W=(AA)A, где “T” и “-1” - символы транспонирования и обращения матрицы, умножают матрицу W слева на вектор В координат базовых векторов и получают вектор X=W⋅В оценок дальностей и координат вектора скорости для каждой группы сопряженных векторов, умножают оценки дальностей на орты и получают вектор пространственных координат объекта. Технический результат: обеспечение возможности определения координат ортов направлений на объекты за счет измерения угловых координат объектов и нахождение пространственных координат объектов вместе с оценками векторов их движения за счет увеличения времени между периодами сканирования в приемниках при наличии передатчика.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к многопозиционным радиосистемам пеленгации объектов в радиодиапазоне длин волн на малой дальности.

Радиосистема состоит из нескольких n (n≥2) взаимно удаленных и ориентированных в пространстве радиоприемников с антенными решетками (АР), составленными из нескольких приемных элементов, которые принимают отраженный от объектов радиосигнал. Приемники осуществляют электронное сканирование общей зоны обзора узкой диаграммой направленности антенн (ДНА) порядка 1°-3°, меняя положение линии визирования (биссектрисы ДНА) в растровом (построчном) режиме на величину заданных шагов по азимуту и углу места, составляющих определенную часть ширины ДНА.

Радиопередатчик, расположенный отдельно от радиоприемников и меняющий свое положение в пространстве, посылает в отдельные моменты времени t периодический радиосигнал s(t) в сторону зоны обзора радиоприемников, в которой находятся несколько объектов наблюдения (воздушных или наземных, неподвижных или движущихся).

При каждом положении линий визирования антенн, сканирующих последовательно во времени, принятые в k-х приемниках сигналы sk(t), проходят тракт первичной обработки, преобразуются в измерительных каналах в комплексные спектры. После чего выделяются спектральные составляющие на тех частотах, на которых амплитуды превышают порог обнаружения полезного сигнала одновременно во всех каналах.

Задача заключается в определении пространственных координат и векторов скоростей всех объектов с учетом моментов времени tk, начала периодов сканирования.

Известны способы [1-3] определения пространственных координат нескольких объектов в многопозиционной системе приемников. Способы основаны на распределении векторов направлений на предполагаемые объекты по принадлежности конкретным объектам, то есть нахождении сопряженных векторов. Вычисление пространственных координат объектов осуществляется через оценки дальностей до объектов, которые находятся путем решения системы уравнений линейной зависимости сопряженных векторов.

Однако все эти способы не показывают, как находятся координаты векторов направлений на объекты. Возьмем в качестве прототипа способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения [3], который применительно к нескольким объектам наблюдения алгоритмически сводится к следующему.

1. Размещают в пространстве несколько взаимно ориентированных приемников, сканирующих зону обзора.

2. Формируют в одном периоде сканирования орты ak(i) векторов i-x направлений на объекты в системах координат приемников с запоминанием моментов времени tk (i) их образования.

3. Записывают достаточное условие сопряжения векторов в системе координат 1-го приемника с учетом моментов времени tk(i) как систему линейных уравнений в матричной форме, неизвестными которой являются дальности rk(i) до объектов и координаты векторов скорости.

4. Распределяют орты направлений по принадлежности конкретным объектам путем проверки выполнения достаточного условия сопряжения векторов, и находят оценки дальностей до объектов решением системы уравнений методом обратной матрицы.

5. Умножают оценки дальностей на орты ak(i) векторов направлений и получают оценки пространственных координат объектов в системах координат приемников Дополнительно составляют векторы скоростей из оценок их координат.

Данный способ обладает следующими недостатками.

1. Способ не показывает, как находятся координаты ортов векторов направлений на объекты.

2. Применительно к радиосистеме с электронным сканированием малые разности моментов времени фиксации ортов в приемниках в течение одного общего периода сканирования приводят к неустойчивости процесса обращения матрицы системы, элементы столбцов которой оказываются близкими к нулю. Это приводит к большим ошибкам оценок координат векторов скоростей. По этой причине нахождение векторов скоростей по одному периоду при электронном сканировании становится невозможным.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение этих недостатков, а именно на определение координат ортов направлений на объекты за счет измерения угловых координат объектов и нахождение пространственных координат объектов вместе с оценками векторов их движения за счет увеличения времени между периодами сканирования в приемниках при наличии передатчика.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа определения пространственных координат и скоростей объектов сканирующей многопозиционной радиосистемой, который заключается в размещении в пространстве нескольких радиоприемников, сканирующих зону обзора и взаимно ориентированных матрицами поворота и базовыми векторами, соединяющими системы координат приемников, формировании в одном периоде сканирования ортов векторов направлений на объекты, распределении этих ортов по принадлежности конкретным объектам с учетом моментов времени образования ортов и нахождении оценок дальностей до объектов и координат векторов скоростей путем решения системы уравнений линейной зависимости векторов, отличающийся тем, что добавляют внешний радиопередатчик, и сканирование антенн приемников осуществляют электронным образом в последовательности периодов с задержкой во времени, при этом в каждом периоде сканирования сигналы, переданные передатчиком и принятые приемниками, преобразуют в комплексные спектры, выделяют спектральные составляющие, амплитуды которых превышают порог обнаружения полезного сигнала и по факту превышения порога определяют амплитудно-фазовым методом угловые координаты азимута и угла места положения объектов, после чего на основе угловых координат находят орты векторов направлений на объекты в системах координат приемников, группируют орты по принадлежности конкретным объектам, затем из координат ортов каждой группы и разностей моментов времени сканирования составляют по определенному правилу матрицу А, вычисляют матрицу весовых коэффициентов W=(ATA)-lAT, где "T" и "-1" - символы транспонирования и обращения матрицы, умножают матрицу W слева на вектор В координат базовых векторов и получают вектор X=W⋅В оценок дальностей и координат вектора скорости для каждой группы сопряженных векторов, умножают оценки дальностей на орты и получают вектор пространственных координат объекта.

Расчетная часть. Алгоритмически способ сводится к следующему.

1. Размещают в пространстве n приемников (n≥3), ориентированных матрицами Pk поворота осей координат по отношению к первому приемнику и базовыми векторами bk, соединяющими центры систем координат Ориентацию систем координат осуществляют с помощью способа [1], где в качестве контрольных объектов используются несколько пространственно распределенных радиомаяков.

Радиопередатчик, произвольно расположенный в пространстве относительно приемников, периодически излучает сигнал s(t) на определенной радиочастоте. В последовательности моментов времени tk периодов сканирования k-х приемников в каждом приемнике выполняют следующие операции.

2. В k-м временном периоде осуществляют электронное сканирование антенной k-го приемника с узкой ДНА по угломерному пространству зоны обзора. При каждом положении линии визирования принимаемый сигнал sk(t) проходит тракт первичной обработки и преобразуются в q-x измерительных каналах в комплексные спектры на j-x промежуточных частотах ƒj. После чего выделяют спектральные составляющие на тех частотах ƒjk, на которых максимум амплитуды превышает порог обнаружения полезного сигнала одновременно во всех q-x каналах. Запоминают угловые координаты азимута ϕk(i) и угла места θk(i) по факту обнаружения каждого i-го полезного сигнала за период сканирования зоны обзора. Тем самым находят угловые координаты объектов методом максимума амплитуды.

3. Для уменьшения погрешности измерения угловых координат, которая в амплитудном методе составляет половину шага сканирования Δϕ/2 и Δθ/2, дополнительно из комплексных составляющих выделяют аргументы - фазы в q-x каналах и методом разности фаз находят более точные оценки угловых координат. При этом совместное применение амплитудного и фазового методов устраняет проблему неоднозначности измерения фазы за счет приема сигнала в направлении, близком к биссектрисе узкой ДНА с шириной порядка 1°-3°. Кроме того, если в зоне обзора находятся несколько объектов, не различимых по скорости и доплеровской частоте, то амплитудный метод позволяет их обнаружить.

В случае движущихся объектов максимум амплитуд фиксируется на доплеровских частотах.

4. На основе угловых координат ϕk(i)=ϕk и θk(i)=θk определяют орты ak(i), векторов направлений на объекты по формуле

ak(i)=(akx, aky, akz)=(cosθk sinϕk, sinθk, cosθk cos ϕk),

в местных системах координат Ok, Xk, Yk, Zk, где оси OkZk направлены в сторону объекта, оси OkXk и OkZk расположены в горизонтальной плоскости, ось OkYk - в вертикальной, угол ϕk отсчитывается от оси OkZk в плоскости Ok, Xk, Zk, угол θk - в вертикальной плоскости относительно

5. Составляют неповторяющиеся комбинации из n векторов ak(ik), ik∈{1, 2, …, m}. Для каждой группы векторов а1, а2, …, an, предположительно принадлежащих одному объекту, линейная зависимость векторов записывается в виде векторного уравнения в системе координат 1-го приемника с учетом возможного перемещения объекта на промежутке [t1, tk]:

где rk - дальности до предполагаемого объекта; V1=(ν1x, νly, νlz)T - вектор скорости в системе координат 1-го приемника; ek - векторы ошибок сопряжения а1, а2, …, an. В матричной форме для случая n=3 векторное уравнение записывается как:

По критерию минимума квадрата нормы вектора Е ошибок сопряжения:

J=||Е||2=(АХ-В)Т(АХ-В)

находят МНК-оценки дальностей и скоростей:

W=(ATA)-lAT.

При обращении матрицы предусматривается процедура регуляризации.

6. Выбирают m неповторяющихся комбинаций a1(i), a2(i), …, an(i) с наименьшими значениями показателей сопряжения и вычисляют векторы оценок пространственных координат объектов в системах координат k-х приемников. Устанавливают векторы скоростей в системе координат 1-го приемника.

7. В частном случае применения двух приемников (n=2) матрица А системы уравнений уменьшается до размеров первых трех строк и двух столбцов, а вектор X содержит оценки двух дальностей. При этом скорость объектов оценивается по двум периодам наблюдения. Наоборот, при увеличении числа приемников (n>3) размеры матрицы А увеличиваются.

Заключение. Предложенный способ может быть использован в существующих радиосистемах пеленгации неподвижных и движущихся объектов на малой дальности с точностью определения угловых координат, характерной для амплитудно-фазовых методов. Реализация способа не требует привязки к карте местности и позволяет обнаруживать объекты, не разрешимые по доплеровской частоте, за счет лучшего пространственного разрешения объектов при сканировании зоны обзора антенной узкой ДНА.

Литература

1. Патент RU 2682382. Способ ориентации систем координат наблюдателей в пассивной системе видения. Опубл. 19.03.19. Бюл. №8.

2. Патент RU 2694023. Способ нахождения сопряженных векторов направлений на движущиеся объекты. Опубл. 08.07.2019. Бюл. №19.

3. Патент RU 2700275. Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения Опубл. 16.09.2019. Бюл. №26.

Способ определения пространственных координат и скоростей объектов сканирующей многопозиционной радиосистемой, заключающийся в размещении в пространстве нескольких радиоприемников, сканирующих зону обзора и взаимно ориентированных матрицами поворота и базовыми векторами, соединяющими системы координат приемников, формировании в одном периоде сканирования ортов векторов направлений на объекты, распределении этих ортов по принадлежности конкретным объектам с учетом моментов времени образования ортов и нахождении оценок дальностей до объектов и координат векторов скоростей путем решения системы уравнений линейной зависимости векторов, отличающийся тем, что добавляют внешний радиопередатчик, и сканирование антенн приемников осуществляют электронным образом в последовательности периодов с задержкой во времени, при этом в каждом периоде сканирования сигналы, переданные передатчиком и принятые приемниками, преобразуют в комплексные спектры, выделяют спектральные составляющие, амплитуды которых превышают порог обнаружения полезного сигнала и по факту превышения порога определяют амплитудно-фазовым методом угловые координаты азимута и угла места положения объектов, после чего на основе угловых координат находят орты векторов направлений на объекты в системах координат приемников, группируют орты по принадлежности конкретным объектам, затем из координат ортов каждой группы и разностей моментов времени сканирования составляют по определенному правилу матрицу А, вычисляют матрицу весовых коэффициентов W=(AA)A, где “T” и “-1” - символы транспонирования и обращения матрицы, умножают матрицу W слева на вектор В координат базовых векторов и получают вектор X=W⋅В оценок дальностей и координат вектора скорости для каждой группы сопряженных векторов, умножают оценки дальностей на орты и получают вектор пространственных координат объекта.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 28.
09.02.2020
№220.018.010b

Способ формирования радиотеплового изображения объектов

Изобретение относится к пассивным системам видения оптического, инфракрасного и миллиметрового диапазонов длин волн, предназначенным для наблюдения за объектами, и может найти применение в пассивных системах ближнего зондирования наземных и воздушных объектов. Достигаемый технический результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713731
Дата охранного документа: 07.02.2020
19.03.2020
№220.018.0d86

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным апконвертирующими и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в атомно-силовой микроскопии для диагностирования наноразмерных структур. Магнитопрозрачный кантилевер соединен с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой, вершина которой подвижно соединена с помощью двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716861
Дата охранного документа: 17.03.2020
19.03.2020
№220.018.0dd4

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом на основе апконвертирующих и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в атомно-силовой микроскопии для диагностирования наноразмерных структур. Сканирующий зонд содержит кантилевер, соединенный с зондирующей иглой, которая продета и жестко закреплена в одной из сквозных нанопор стеклянной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716849
Дата охранного документа: 17.03.2020
19.03.2020
№220.018.0df4

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом на основе апконвертирующих и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в атомно-силовой микроскопии для диагностирования наноразмерных структур. Магнитопрозрачный кантилевер соединен с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой, вершина которой подвижно соединена с помощью двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716848
Дата охранного документа: 17.03.2020
19.03.2020
№220.018.0df6

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным апконвертирующими и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в атомно-силовой микроскопии для диагностирования наноразмерных структур. Сканирующий зонд содержит кантилевер, соединенный с зондирующей иглой, которая продета и жестко закреплена в одной из сквозных нанопор стеклянной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716850
Дата охранного документа: 17.03.2020
23.04.2020
№220.018.1813

Способ определения пространственных координат движущегося объекта пассивной радиосистемой

Изобретение относится к пассивным радиосистемам, предназначенным для наблюдения за движущимися объектами в радиодиапазоне длин волн. Достигаемый технический результат – определение дальности до объекта в пассивном режиме работы радиоприемников и определение его пространственных координат....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002719631
Дата охранного документа: 21.04.2020
30.05.2020
№220.018.2262

Способ нахождения пространственных координат объектов в пассивных системах видения

Изобретение относится к пассивным системам пространственного видения оптического, инфракрасного и радиотехнического диапазонов длин волн, предназначенным для наблюдения за объектами, и может найти применение в существующих пассивных системах наблюдения за объектами. Техническим результатом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002722232
Дата охранного документа: 28.05.2020
31.05.2020
№220.018.2318

Способ стереокалибровки разноспектральных камер с малыми угловыми размерами пересечения полей зрения

Изобретение относится к области формирования изображения и касается способа стереокалибровки разноспектральных камер с малыми угловыми размерами пересечения полей зрения. Способ включает в себя съемку с различных ракурсов тестовых объектов. Изображения инвертируют, находят на изображениях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002722412
Дата охранного документа: 29.05.2020
09.06.2020
№220.018.25b3

Способ передачи и приема данных через воздушный зазор биполярными импульсами и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области телеизмерений, в частности к передаче и приему импульсных сигналов через воздушный зазор, и может быть использовано в системах для передачи и приема данных от рабочих органов вращающихся узлов и механизмов. Технический результат заключается в повышении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723088
Дата охранного документа: 08.06.2020
01.07.2020
№220.018.2d98

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками, апконвертирующими и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка

Использование: для диагностирования наноразмерных структур. Сущность изобретения заключается в том, что сканирующий зонд содержит кантилевер, соединенный с зондирующей иглой, продетой и жестко закрепленной в одной из сквозных нанопор стеклянной сферы большего диаметра с апконвертирующими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724987
Дата охранного документа: 29.06.2020
Показаны записи 1-10 из 31.
27.11.2014
№216.013.0b00

Способ измерения координат элементов земной поверхности в бортовой четырехканальной доплеровской рлс

Изобретение относится к радиолокации, а именно к бортовым радиолокационным системам наблюдения за земной поверхностью (радиовидению) на базе четырехканальной доплеровской радиолокационной станции с четырехэлементной антенной решеткой. Достигаемый технический результат - измерение координат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534224
Дата охранного документа: 27.11.2014
20.01.2015
№216.013.1fb5

Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности и воздушной обстановки с помощью антенной решетки

Изобретение относится к бортовым радиолокационным системам наблюдения за земной поверхностью и воздушной обстановкой, работающим в режиме реального луча на базе плоской антенной решетки. Достигаемый технический результат - формирование трехмерного изображения объектов отражения в зоне обзора с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539558
Дата охранного документа: 20.01.2015
10.04.2015
№216.013.3c77

Способ измерения угловых координат воздушных целей с помощью доплеровской рлс

Изобретение относится к радиолокации, а именно к радиолокационным станциям (РЛС) наблюдения за воздушной обстановкой, работающим в режиме узкополосной доплеровской фильтрации. Технический результат направлен на однозначное измерение угловых координат обнаруженных воздушных целей в зоне...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546967
Дата охранного документа: 10.04.2015
27.11.2015
№216.013.9550

Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности в бортовой доплеровской рлс с линейной антенной решеткой

Изобретение относится к радиолокации, а именно к бортовым радиолокационным системам (РЛС) наблюдения за земной поверхностью на базе доплеровской радиолокационной станции с линейной антенной решеткой. Достигаемый технический результат - формирование трехмерного изображения поверхности в зоне...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569843
Дата охранного документа: 27.11.2015
10.01.2016
№216.013.9f10

Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности в бортовой четырехканальной доплеровской рлс

Изобретение относится к радиолокации, а именно к бортовым радиолокационным системам наблюдения за земной поверхностью на базе доплеровской радиолокационной станции (РЛС) с четырехэлементной антенной решеткой. Достигаемый технический результат - формирование трехмерного изображения поверхности в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572357
Дата охранного документа: 10.01.2016
13.01.2017
№217.015.7b59

Способ восстановления изображений объектов по разреженной матрице радиометрических наблюдений

Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к радиотеплолокационным системам наблюдения за объектами с помощью радиометра со сканирующей по азимуту и углу места антенной. Достигаемый технический результат направлен на восстановление изображений объектов при шаге сканирования антенны...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002600573
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.8d73

Способ восстановления изображений при неизвестной аппаратной функции

Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к радиотеплолокационным системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра, а также может быть использовано в радиолокации, радиоастрономии и в оптико-электронных системах. Достигаемый технический результат - нахождение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604720
Дата охранного документа: 10.12.2016
25.08.2017
№217.015.aafb

Способ восстановления изображений в двухканальной сканирующей системе

Изобретение относится к пассивным двухканальным сканирующим системам наблюдения с двумя приемниками, работающими в оптическом, инфракрасном или миллиметровом диапазонах длин волн. Технический результат направлен на восстановление пропущенных строк и столбцов искомой матрицы изображения с целью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612323
Дата охранного документа: 07.03.2017
25.08.2017
№217.015.ac0f

Способ формирования изображений объектов в двухканальной радиометрической системе

Изобретение относится к пассивным системам радионаблюдений за объектами с помощью двухканального сканирующего радиометра, работающего в миллиметровом диапазоне длин волн, и может быть использовано также в оптических системах инфракрасного диапазона. Технический результат направлен на повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612193
Дата охранного документа: 03.03.2017
26.08.2017
№217.015.d622

Способ определения аппаратной функции радиометра

Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к пассивным системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра, и может быть использовано для получения радиотеплового изображения различных объектов. Технический результат изобретения заключается в определении корректной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622899
Дата охранного документа: 21.06.2017
+ добавить свой РИД