Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения координат местоположения источников радиоизлучения (ИРИ). Достигаемый технический результат - снижение аппаратных затрат. Предлагаемый способ основан на приеме сигналов ИРИ антеннами, измерении разности времени приема сигнала от ИРИ в нескольких точках пространства сканирующими радиоприемными устройствами, преобразованных в систему уравнений, а также основан на использовании двух одинаковых, стационарных радиоконтрольных постов (РП), один из которых принимают за ведущий, соединяя с другим линией связи, при этом калибруют измеритель величины запаздывания прихода сигналов на (РП), используя эталонные радиоэлектронные средства (РЭС) с известными параметрами сигналов и координатами местоположения, затем на РП осуществляют квазисинхронное сканирование и измерение уровней сигналов на заданных фиксированных частотах настройки и величину запаздывания прихода сигналов ИРИ. Информацию с ведомого РП передают на ведущий, где вычисляют отношение уровней и разность запаздывания прихода сигналов ИРИ с учетом результатов калибровки измерителей, а также составляют два уравнения положения ИРИ, каждое из которых описывает окружность с радиусом, равным расстоянию от РП до ИРИ. Расстояния при этом определяют через отношение уровней сигналов и разность времени приема сигнала, измеренных на РП с использованием только одной пары антенн с известными азимутом оси главного лепестка и диаграммой направленности, главный лепесток каждой из которых расположен в разных полуплоскостях относительно линии базы, а координаты ИРИ определяют численным методом решения составленных уравнений, принимая за истинные лишь координаты, относящиеся в той полуплоскости относительно линии базы, в которой находится главный лепесток антенны с наибольшим уровнем принятого сигнала. Устройство, реализующее способ, содержит два одинаковых РП, один из которых является ведущим, и на каждом посту содержит направленные антенны, измерительный сканирующий радиоприеник, измеритель величины запаздывания прихода сигналов, компьютер и устройство связи, определенным образом соединенные между собой. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2510038

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения координат местоположения источников радиоизлучения (ИРИ), сведения о которых отсутствуют в базе данных (например, государственной радиочастотной службы или государственной службы надзора за связью). Изобретение может быть использовано при поиске местоположения несанкционированных средств связи.

Известны способы определения координат ПРИ, в которых используются пассивные пеленгаторы в количестве не менее трех, центр тяжести области пересечения выявленных азимутов которых на фронт прихода волны принимается за оценку местоположения. Основными принципами работы таких пеленгаторов являются амплитудные, фазовые и интерферометрические . Широко применяемым является амплитудный способ пеленгования, при котором используется антенная система, имеющая, диаграмму направленности с ярко выраженным максимумом главного лепестка и минимальными задним и боковыми лепестками. К таким антенным системам относятся, например, логопериодические или, антенны, имеющие кардиоидную характеристику и др. При амплитудном способе механическим вращением добиваются положения антенны, при котором выходной сигнал имеет максимальную величину. Такое направление принимают за направление на ИРИ. К недостаткам большинства пеленгаторов следует отнести высокую степень сложности антенных систем, коммутационных устройств и наличие многоканальных радиоприемников, а также необходимость в быстродействующих системах обработки информации.

Наличие в федеральных округах государственной радиочастотной службы взаимосвязанных через центральный пункт разветвленной сети радиоконтрольных постов, оборудованных средствами приема радиосигналов, измерения и обработки их параметров, позволяет дополнить их функции и задачами определения координат местоположения тех ИРИ, сведения о которых отсутствуют в базе данных, не прибегая к использованию сложных и дорогостоящих пеленгаторов.

Известен способ , в котором для определения координат местоположения ИРИ используют N, не менее четырех, стационарных радиоконтрольных постов, расположенных не на одной прямой, один из которых принимают за базовый, соединяя с остальными N-1 постами линиями связи, на всех постах осуществляют квазисинхронное сканирование по заданным фиксированным частотам настройки, усредняют измеренные значения уровней сигналов на каждой из сканируемых частот, а затем на базовом посту для каждого из сочетаний C 4 N (сочетаний из N по 4) на основании обратно пропорциональной зависимости отношений расстояний от поста до источника радиоизлучения и соответствующих им разностей уровней сигналов, выраженных в дБ, составляют три уравнения, каждое из которых описывает окружность равных отношений, по параметрам двух любых пар которых и определяют текущее среднее значение широты и долготы местоположения источника радиоизлучения. Недостатком этого способа является большое количество стационарных постов радиоконтроля.

Известны способы и устройства пеленгования (4, 5), которые могут быть использованы для целей определения координат.

Способ (4) основан на приеме сигналов тремя антеннами, образующими две пары измерительных баз, измерении разностей времени прихода сигналов ИРИ и детерминированных вычислений искомых координат.

К недостаткам способа следует отнести:

1) Большое количество антенн.

2) Способ не ориентирован на использование радиоконтрольных постов.

3) Измерительные базы для вычисления разности времен прихода сигналов ПРИ парами антенн существенно ограничивают разнос этих антенн, не говоря о нецелесообразности и большой технической сложности реализации способа.

Разнесенный разностно-дальномерный пеленгатор (5), состоящий из двух периферийных пунктов, центрального и системы единого времени, преследует цель разгрузить канал связи между пунктами. Периферийные пункты предназначены для приема, хранения, обработки сигналов и передачи фрагментов сигналов на ЦП, на котором вычисляется разность времени прихода сигналов. В системе единого времени применяется хронизатор, представляющий собой привязанный к шкале единого времени хранитель шкалы текущего времени (часы), предназначенный для привязки записываемых в ЗУ значений уровня сигнала к значению времени приема.

Данному пеленгатору свойственны следующие недостатки:

1) Не адаптирован к радиоконтрольным пунктам, используемым в филиалах федеральных округов государственной радиочастотной службы или государственной службы надзора за связью.

2) Большое количество специализированных пеленгационных (но не радиоконтрольных) постов.

3) Необоснованное и не раскрытое (хотя бы до функциональной схемы) применение системы единого времени на ЦП и хронизаторов на ПП, синхронизированных с системой единого времени.

4) Необходимость в наличии радиоканалов с большой пропускной способностью (до 625 Мбод) для передачи даже фрагментов сигналов с ПП1 и ПП2 на ЦП.

5) Для организации радиоканала необходимы радиопередающие устройства и получение разрешения на их работу в определенных условиях эксплуатации.

Известен разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и реализующее его устройство (6).

Способ, основанный на приеме сигналов ИРИ четырьмя антеннами, образующими три независимые измерительные базы, в разнесенных точках A, B, C, D таким образом, что объем фигуры, образованный из этих точек, больше нуля (V A,B,C,D >0). Сигнал одновременно принимается на все антенны, измеряют три независимые разности времени t AC , t BC , t DC приема сигнала парами антенн, образующих измерительные антенные базы (АС), (ВС) и (DC). По измеренным разностям времен вычисляют разности дальностей от ИРИ до пар точек (А, С), (В, С), (D, C), для k-й тройки антенн, расположенных в точках А, В, С при k=1, B, C, D при k=2, D, C, A при k=3, вычисляют с помощью измеренных разностей дальностей значения угла k , характеризующие угловое положение плоскости положения ИРИ k , k=1, 2, 3 относительно соответствующей измерительной базы, и координаты точки F k принадлежащей k-й плоскости положения ИРИ, вычисляют искомые координаты ИРИ как координаты точки пересечения трех плоскостей положения ИРИ k , k=1, 2, 3 каждая из которых характеризуется координатами точек расположения k-й тройки антенн и вычисленными значениями угла k и координатами точки F k , отображают результаты вычисления координат ИРИ в заданном формате.

Этот способ и устройство, его реализующее, ближе к заявляемому, но также обладает рядом существенных недостатков:

1) Сложность практической реализации способа в связи с отсутствием возможности измерении разностей времен приема сигнала ИРИ только антеннами (измерительные радиоприемники в блок-схеме отсутствуют).

2) Необходимость сведения сигналов ИРИ с разнесенных на оптимальное расстояние до 0,6-0,7 R ЭМД антенн согласно (2) в одну точку, что практически реализовывать нецелесообразно.

3) Обеспечить измерение разности времени приема сигнала ИРИ на конкретных заданных частотах непосредственно с антенн (без использования радиоприемников, которые на блок-схеме не отображены) весьма сложно.

4) Для измерения разности времени приема сигнала непосредственно с антенн используются двухвходовые измерители.

5) Сложность технической реализации, обусловленная большим количеством различных вычислителей.

6) Неопределенность в построении поверхности положения в виде плоскости, перпендикулярной плоскости расположения антенн, так как антенны в точках A, B, C, D не располагаются в одной плоскости, о чем свидетельствует условие V A,B,C,D >0 в формуле изобретении.

Наиболее близким к заявляемому является дальномерно-разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и реализующее его устройство (7), принятый в качестве прототипа.

Способ основан на приеме сигнала тремя антеннами, измерении значений двух разностей времен приема сигнала ИРИ антеннами, измерении двух значений плотности потока мощности сигнала ИРИ, последующей обработке результатов измерений с целью вычисления координат точки, через которую проходит линия положения ИРИ.

Этот способ предполагает выполнение следующих операций:

Располагают три антенны в вершинах треугольника АВС;

Принимают сигнал на все три антенны;

Измеряют две разности времен t AC и t BC приема сигнала ИРИ антеннами;

Измеряют плотности потока мощности P 1 и Р 2 сигнала в точках размещения антенн 1 и 2;

Вычисляют значения разностей дальностей от ИРИ до пар антенн с использованием выражений r AC =C t AC , r BC =C t BC , r AB = r AC - r BC , где С - скорость распространения электромагнитной волны;

Вычисляют координаты по полученной формуле.

В соответствии с (7) в состав устройства, реализующего способ, входит:

Три антенны;

Два измерителя разности времен;

Два измерителя плотности потока мощности;

Вычислительный блок;

Блок индикации.

Прототипу свойственны следующие недостатки:

1) Практическая сложность осуществления способа в связи с отсутствием возможности измерении разностей времен приема сигнала ИРИ только антеннами (измерительные радиоприемники в блок-схеме отсутствуют).

2) Необходимость сведения сигналов ИРИ с разнесенных на несколько километров антенн в одну точку для измерения двухвходовыми измерителями, что является существенной и не решенной авторами патента проблемой.

3) Не адаптирован к оборудованию радиоконтрольных постов (избыточны два измерителя разности времен, два измерителя плотности потока мощности, вычислительный блок, блок индикации), имеющихся в филиалах федеральных округов радиочастотной службы РФ, а поэтому не может быть там использован.

4) Применяемые приемные антенны могут быть только изотропными, так как в формулах вычисления координат отсутствуют параметры диаграмм их направленности.

Целью настоящего изобретения является разработка способа определения координат местоположения ИРИ двумя радиоконтрольными постами, что позволит применить такой способ практически во всех филиалах федеральных округов Радиочастотной службы Российской Федерации.

Эта цель достигается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом: способ определения координат местоположения источников радиоизлучения, основанный на приеме сигналов ИРИ антеннами, измерении уровней и разности времени приема сигнала от ИРИ в нескольких точках пространства сканирующими радиоприемными устройствами и преобразованных в систему уравнений, и отличительных признаков: для определения координат местоположения ИРИ используют два одинаковых стационарных радиоконтрольных поста, один из которых принимают за ведущий, соединяя с другим линией связи, калибруют измеритель величины запаздывания прихода сигналов на посты, используя эталонные РЭС с известными параметрами сигналов и координатами местоположения, затем на постах осуществляют квазисинхронное сканирование и измерение уровней сигналов на заданных фиксированных частотах настройки и величину запаздывания прихода сигналов ПРИ, а затем передачу их на базовый пост, где вычисляют отношение уровней и разность запаздывания прихода сигналов ИРИ с учетом результатов калибровки измерителей, а также составляют два уравнения положения ИРИ, каждое из которых описывает окружность с радиусом равным расстоянию от поста до ИРИ, причем эти расстояния определяют через отношение уровней сигналов и разность времени приема сигнала, измеренных на постах с использованием только одной пары антенн с известными азимутом оси главного лепестка и диаграммой направленности, а координаты ИРИ определяют численным методом решения составленных уравнений. Заявляемый способ поясняется чертежами, на которых показаны:

На фиг.1 - размещение двух постов радиоконтроля и положение ИРИ, Е - истинное положение, Еф - фиктивное; a , b - углы положения оси главного лепестка ДНА; АВ - линия базы; АЕ, BE - линии азимутов a и b на истинное положение ИРИ; АЕф, ВЕф - линии азимутов аф и bф на фиктивный ИРИ;

На фиг.2 - блок-схема реализации предлагаемого способа,

Предлагаемый способ предполагает выполнение следующих операций:

1) Калибруют измеритель величины запаздывания прихода сигналов (ИВЗ) на посты, используя массив эталонных РЭС с известными параметрами сигналов и координатами местоположения. Каждая эталонная РЭС должна находиться в зоне ЭМД обоих постов. Их количество и распределение в зоне ЭМД должно быть достаточным для обеспечения заданной точности калибровки как по расстоянию, так и азимуту от постов.

2) На каждом посту измеряют уровни сигнала с помощью радиоприемника и величины запаздывания прихода сигналов ИРИ с помощью соответствующего измерителя, используя антенны поста с известной диаграммой направленности, перестраивая при этом приемник на заданные фиксированные частоты. Процедуру по измерению величин запаздывания прихода сигналов ИРИ выполняют аналогично п.1. Результаты заносятся в банк данных своего компьютера.

3) Пересылают по каналу связи устройства связи информацию из ведомого компьютера на ведущий.

4) Вычисляют разность величин запаздывания прихода сигналов на антенны постов как от эталонных РЭС, так и от ИРИ с учетом результатов по п.1, а также вычисляют отношение уровней сигналов от ИРИ, измеренных радиоприемниками постов.

5) Составляют систему двух уравнений, определяющих положение ИРИ, и решают ее численным методом, используя данные пункта 4.

Уравнения положения при этом будут иметь вид окружностей

где: r a , r b - расстояния от постов до искомого ИРИ, а 8- их разность (рис.1).

Квадраты отношений радиусов запишем через измеренные уровни сигналов как

Отношение квадратов расстояний, определяемое через разность уровней сигналов, измеренных на постах радиоконтроля А и В и выраженных в дБ, позволяет описать линию положения ПРИ, исключив при этом зависимость этой линии положения от мощности искомого источника радиоизлучения. При этом из (3), на основании вычисленной разности расстояний, определяются квадраты расстояний в виде:

и .

Так как окружности пересекаются в двух точках, симметричных относительно линии базы (см. фиг.1), то возникает неоднозначность координат ИРИ. Для снятия возникающей неоднозначности можно выполнить повторные измерения с использованием направленной (с известной ДНА), например, логопериодической или кардиоидной поворотной антеннами. Но этот вариант связан с большими временными затратами и сложностью автоматизации такого решения. В заявляемом способе определение координат ИРИ с одновременным устранением неоднозначности осуществляют посредством измерения уровней сигналов непосредственно на направленные антенны. При этом направленные антенны не поворачивают в направлении максимума излучаемого сигнала, но положение оси главного ее лепестка на обоих постах должно быть известно, а лепестки ориентированы примерно в противоположных направлениях относительно базы. Такое положение осей главных лепестков антенн показано на фиг.1. Зависимость ЭДС на выходе антенны Е() связана с напряженностью поля вблизи ее и углом , определяющим положение оси главного лепестка ДНА относительно азимута на ПРИ, может быть представлена как Е()=Ем (), где Ем - максимальная ЭДС, соответствующая направлению оси главного лепестка на источник, () - функция определяющая диаграмму антенны. Теперь отношение уровней сигналов для направленных антенн n ( a , b) можно представить через отношение уровней, получаемых от ненаправленных антенн n ab как, где

и - функция отношений ДНА.

Отсюда n ab =n( a , b)/ ( a , b) и квадраты радиусов (4) системы (1) будут представлены в виде:

Для решения системы уравнений (1) и (2), с учетом (5) и (6), необходимо определить углы a , b и знать (). Из фиг.1 они определяются как a = a - a , b = b - b , ,

где: аф = аф - a , bф = bф - b , a < /2, то ИРИ находится во второй полуплоскости (ниже линии базы). При априорно снятой неопределенности расположения ИРИ относительно линии базы (например, при выполнении операции поиска ИРИ силовыми структурами) применяют ненаправленную (например, штыревую или биконическую антенны) и вычисление координат ведут по формулам (1), (2) с учетом (3) и (4).

В состав заявляемого устройства, реализующего заявляемый способ, входят два одинаковых радиоконтрольных поста - РКП А и РКП Б, содержащие:

1. Антенны 1, 6;

2. Радиоприемники (РП) 2, 7;

3. Измерители величин запаздывания сигналов (ИВЗ) 3, 8;

4. Компьютеры 4, 9;

5. Устройства связи 5, 10.

Один из постов (для примера, пусть это пост РКП А) является ведущим. Выходы антенн 1, 6 подключены на входы сканирующих радиоприемников 2, 7, управляющие компьютеры 4, 9 соединены двунаправленными связями с устройством связи 5, 10, предназначенными для передачи информации, сканирующими приемниками 2, 7 и измерителями величины запаздывания прихода сигналов 3, 8, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего сканирующего приемника. Измеренные приемниками сигналы ИРИ поступают по двунаправленной связи в компьютер соответствующего поста. В блоках 3, 8 осуществляется измерение величины запаздывания прихода сигналов как эталонных РЭС для создания файла калибровки, используемого при расчете координат, так и сигналов ИРИ и передача измеренных величин по запросу компьютера в его базу данных. Под управлением компьютера ведущего поста все сведения с ведомого поста передаются по каналу связи устройства связи 5, 10 в компьютер ведущего поста. Там производится расчет координат по уравнениям положения ИРИ с учетом диаграмм направленности антенн и калибровочных файлов. Вычисления координат проводятся численным методом последовательных приближений. Таким образом, предложенный способ позволяет определять координаты ИРИ в отличие от прототипа:

1) лишь двумя стационарными постами радиоконтроля;.

2) прием сигнала ИРИ осуществляется только на две антенны;

3) используются направленные антенны с выраженными максимумами диаграммы направленности, а не с круговой диаграммой направленности;

4) измерение величин запаздывания прихода сигналов на антенны постов осуществляется в месте размещения антенн одновходовым измерителем, используя при этом не сигналы с выходов антенн непосредстенно, а используя усиленные и отфильтрованные сигналы с выходов радиоприемников;

5) вычисление разности измеренных величин запаздывания прихода сигнала осуществляется не двухвходовым измерителем, соединенным с выходом разнесенных антенна, а на одном компьютере ведущего поста с использованием при этом полученных путем измерения калибровочных файлов;

6) главный лепесток каждой из антенн располагают в разных полуплоскостях относительно линии базы. принимая за истинные лишь координаты, относящиеся к той полуплоскости относительно линии базы, в которой находится главный лепесток антенны с наибольшим уровнем принятого сигнала.

7) вычисление координат местоположения осуществляется численным методом;

8) при априорно снятой неопределенности расположения ИРИ относительно линии базы применяют ненаправленную (например, штыревую или биконическую антенны) и вычисление координат ведут по формулам (1), (2) с учетом (3) и (4). Это упрощает реализацию устройства по предлагаемому способу

Таких особенностей не выявлено ни в аналогах, ни в прототипе и свидетельствует о наличии в предлагаемом изобретении признаков новизны и соответствующего уровня изобретательности.

Литература.

1. Корнеев И.В., Ленцман В.Л. и др. Теория и практика государственного регулирования использования радиочастот и РЭС гражданского применения.

Сборник материалов курсов повышения квалификации специалистов радиочастотных центров федеральных округов. Книга 2. - СПб.: СПбГУТ. 2003.

2. Липатников В.А., Соломатин А.И., Терентьев А.В. Радиопеленгация. Теория и практика. Спб. ВАС, 2006 г. - 356 с.

3. Способ определения координат местоположения источников радиоизлучения. Заявка № 2009138071, опубл. 20.04.2011 г. Б.И. № 11. Авторы: Логинов Ю.И., Екимов О.Б., Рудаков Р.Н.

4. Разностно-дальномерный способ пеленгования источника радиоизлучения. Патент РФ № 2325666 С2. Авторы: Сайбель А.Г., Сидоров П.А.

5. Разнесенный разностно-дальномерный пеленгатор. Патент РФ № 2382378, С1. Авторы: Ивасенко А.В., Сайбель А.Г., Хохлов П.Ю.

6. Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и реализующее его устройство. Патент РФ № 2309420. Авторы: Сайбель А.Г., Гришин П.С.

7. Дальномерно-разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и реализующее его устройство. Патент РФ № 2363010,С2, опубл. 27.10.2007 г. Авторы: Сайбель А.Г., Вайгель К.И

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ определения координат местоположения источников радиоизлучения (ИРИ), основанный на измерении уровней и разности времени прихода сигнала от ИРИ на разнесенные антенны сканирующими радиоприемными устройствами и преобразованных в систему уравнений, отличающийся тем, что используют два стационарных радиоконтрольных поста, один из которых принимают за ведущий, соединяя с другим линией связи, калибруют измеритель величины запаздывания прихода сигналов на посты, используя эталонные радиоэлектронные средства с известными параметрами сигналов и координатами местоположения, на постах осуществляют квазисинхронное сканирование для выявления ИРИ, а затем выполняяют измерение уровней сигналов на заданных фиксированных частотах настройки и величин запаздывания прихода сигналов ИРИ, передачу их на ведущий пост, где вычисляют отношение уровней и разность запаздывания прихода сигналов ИРИ с использованием результатов калибровки измерителей, а также составляют два уравнения, каждое из которых описывает окружность с радиусом, равным расстоянию от поста до ИРИ, причем эти расстояния определяют через отношение уровней сигналов и разность величин запаздывания прихода сигнала, измеренных на постах с использованием только одной пары антенн с известными азимутом осей главного лепестка и диаграммами направленности, главный лепесток каждой из которых расположен в разных полуплоскостях относительно линии базы, а координаты ИРИ определяют численным методом решения составленных уравнений, принимая за истинные лишь координаты, относящиеся к той полуплоскости относительно линии базы, в которой находится главный лепесток антенны с наибольшим уровнем принятого сигнала.

2. Устройство для определения координат местоположения источников радиоизлучения, содержащее, соединенные двунаправленными линиями связи, посты, включающие приемные антенны, сканирующие радиоприемники, управляемые компьютером, отличающееся тем, что содержит два одинаковых радиоконтрольных поста, один из которых является ведущим, и на каждом посту измеритель величины запаздывания прихода сигналов, причем выходы антенн подключены на входы сканирующих радиоприемников, управляющий компьютер соединен двунаправленными связями с устройством связи, сканирующим приемником и измерителем величины запаздывания прихода сигналов, вход которого соединен с выходом сканирующего приемника.

Изобретение относится к области систем управления и может быть использовано для быстрой оценки и минимизации информации о географическом районе размещения мобильных малогабаритных радиоприемных комплексов. Достигаемый технический результат - снижение времени на определение районов размещения на местности для разнотипных технических средств радиоприемного комплекса. Способ оценки местности для размещения радиоприемных средств включает введение начальных условий и данных по заданному географическому району, загрузку цифровой карты местности (ЦКМ), первоначальную оценку местности по физико-географическим условиям, зафиксированным на ЦКМ, исключение зон, непригодных для размещения радиоприемных комплексов по возможностям, присущим размещаемым радиоприемным средствам при выполнении задач управления, оптимизацию ЦКМ по частным и обобщенному критериям. 1 ил.

Изобретение относится к области военной техники и может быть реализовано в виде программы для электронных вычислительных машин (ЭВМ) автоматизированной системы управления (АСУ) войсками для оценки местности и быстрой минимизации информации о географической районе размещения мобильных малогабаритных радиоприемных комплексов, в которой должны обеспечиваться наилучшие условия их функционирования и рационального расположения радиоприемных средств на местности.

Современные формы и способы вооруженной борьбы неразрывно связаны с применением информационных технологий, которые сегодня определяют как степень достоверности анализа местности и обстановки, так и скорость принятия качественных решений должностными лицами. Правильная оценка свойств местности и обстановки оказывает существенное влияние на эффективность решения вопросов в военной сфере, связанных с применением радиоприемных комплексов. Временные показатели боевых возможностей войск все больше и больше становятся зависимы от уровня применяемых информационных технологий и качества используемой в них информации . Эти зависимости лежат в основе заявляемого изобретения.

Сущность изобретения заключается в предварительном анализе, изучении и оценке района местности предназначенной для развертывания радиоприемных комплексов методом оптимизации, например методом динамического программирования с использованием аддитивного критерия качества (целевой функции) , при этом в качестве составляющих критерия вводят, например, математические, информационные либо геометрические примитивы характеризующие, например, непригодность зон для размещения радиоприемных комплексов и исключение этих зон из расчета.

На начальном этапе реализации способа оценки местности путем оптимизации минимизируют географическую зону возможного размещения радиоприемных комплексов, с учетом исключения составляющих административного и физического (и другого) характера, формируя возможные районы размещения на цифровой карте местности (ЦКМ). Минимизация приводит к снижению объема информации (без потери качества), что сокращает размер выборки, подлежащей обработке на ЭВМ и, как следствие, снижает требования к аппаратным ресурсам, что позволяет, например, использовать малогабаритные мобильные компьютерные средства.

На следующем этапе проводят структурирование и прогнозную оценку минимизированной рабочей зоны с целью возможного выбора определенного типа радиоприемного комплекса, которое может быть наиболее эффективно размещено и применено в данной географической зоне для выполнения специальных задач, для чего вводят оперативно-тактические условия функционирования и параметры, ограничивающие применение и размещение выбранных радиоприемных средств на данном районе. Далее для выбранного радиоприемного комплекса определяются дополнительные новые критерии целевой функции, которые, например, позволяют оценить электромагнитную доступность (ЭМД) источников радиоизлучений (ИРИ) выбранного радиоприемного комплекса для выполнения задач мониторинга в заданной на ЦКМ географической зоне.

Итогом прогноза будут являться информационно-структурированные прогнозные географические зоны на ЦКМ с учетом тактических свойств местности и возможностей радиоприемных комплексов по ЭМД ИРИ.

В качестве инструментария для реализации способа оценки местности выбирают, например, специализированный программно-аппаратный комплекс средств вычислительной техники и комплекс «Географические информационные системы» (ГИС) с ЦКМ (например, «Панорама», «Интеграция», «Карта 2011» и др.) .

Технический результат предлагаемого решения заключается в снижении общего объема выборки географической информации за счет фильтрации и оптимизации исходных данных, связанных с характеристикой района размещения радиоприемных средств до начала процесса их применения, что позволяет изучить районы функционирования технических средств и проложить маршруты выдвижения к ним, использовать мобильные аппаратные средства ЭВМ, а также предварительно оценить возможности радиоприемных средств по электромагнитной доступности контролируемых источников радиоизлучений в этих районах, которые в силу своих тактико-технических характеристик могут (или не могут, или могут со снижением тактико-технических показателей) функционировать в минимизированных прогнозных географических зонах (для решения задачи мониторинга).

Достигаемым техническим результатом изобретения является снижение времени расчета, затрачиваемое на определение районов размещения разнотипных технических средств должностными лицами, принимающими решения, путем снижения субъективных факторов и ошибок, за счет уменьшения объема анализируемых данных в условиях априорной неопределенности на основе использования информационных технологий, что позволяет экономить аппаратные ресурсы средств вычислительной техники и использовать малогабаритные, объектно-ориентированные, сетевые мобильные комплексы.

Известные способы оценки местности основаны на анализе априорной и апостериорной информации хранящейся в базах и банках данных о свойствах местности по ЦКМ и информации с использованием ГИС и других источников.

Например, при оценке местности в различных условиях используют данные, получаемые с топографических карт и аэрофотоснимков. [Николаев А.С. и др. Военная топография. / М.: Военное издательство Министерства обороны СССР, 1997; Говорухин A.M. и др. Справочник по военной топографии. - М.: Воениздат, 1980, стр. 111, 3, лист 12-2,4; Ю.Г. Маслак и др. Военная топография в служебно-боевой деятельности оперативных подразделений. - М.: Академический Проект, 2005 г.]. Данная технология, основанная на использовании бумажных карт, является классической и общепризнанной, имеющей большое значение, но недостатком известного способа является практическая неориентированность на использование современных геоинформационных технологий, в частности, глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) и географической информационной системы. Данный способ для решения задачи быстрого выбора подходящей географической зоны для размещения радиоприемных комплексов неприменим, так как требует значительного объема топографической информации (оцифровка, сканирование, создание базы банков данных и т.д.) .

Известен способ оценки местности предложенный П.А. Иваньковым, Г.В. Захаровым. [Местность и ее влияние на боевые действия войск - Издательство: Министерства обороны СССР, 1969]. Данная методика не предусматривает использование современных информационных технологий, инструментария ГИС и ЦКМ и ориентирована на высокую степень субъективизма при принятии решения должностными лицами.

Известен способ прокладки маршрута для разнотипных транспортных комплексов с различной проходимостью участков с использованием геоинформационных технологий и ЦКМ (патент RU №2045773, МПК G06F 17/16 от 19.10.1995 г.), где в качестве основного критерия выбора оптимального маршрута является экономия горючесмазочных материалов. Преимуществом известного изобретения является его ориентация на современные геоинформационные технологии, однако указанным способом решают другие задачи и используют другие критерии оптимизации, поэтому полным прототипом предлагаемого авторами способа оно являться не может, но отдельные элементы известного изобретения, такие как применения ГИС и ЦКМ, заимствованы в предлагаемом изобретении.

Известен способ, в котором предложена оптимизация координат расположения станций, за счет чего обеспечивается максимально эффективное покрытие, т.е. минимальное количество зон с неустойчивым покрытием (патент RU №2460243, МПК H04W 16/18 от 17.02.2011 г.). В данном способе используют современные информационные технологии на основе ЦКМ по критерию минимально допустимого уровня сигнала. Недостатком известного способа является оценивание географического района непосредственно в процессе оптимизации зоны размещения, что приводит к необходимости обработки информации больших объемов.

Известен способ прокладывания оптимального движения мобильных объектов по пересеченной местности [Дорогое А.Ю., Лесных В.Ю., Раков В.И., Титов Г.С. Алгоритмы оптимального движения мобильных объектов по пересеченной местности и транспортной сети. - Санкт-петербургский государственный электротехнический университет, 2006 г.], включающий этапы определения исходного элемента для оптимизации загрузки электронной карты местности, определения точки старта и финиша, нахождение оптимальных маршрутов. Данный способ не позволяет произвести предварительную фильтрацию по определенным признакам данных до процесса оптимизации и, тем самым, сократить размер выборки, подлежащей обработке, на ЭВМ, что требует применения мощных ресурсоемких вычислительных систем и приводит к увеличению времени обработки информации.

Констатируется, что наиболее близким по своей сущности к заявляемому изобретению является способ прокладывания маршрута передвижения на пересеченной местности (патент RU №2439, МПК G01C 21/34 от 15.07.2010 г.), в котором предложена оценка географических свойств местности по географическому критерию и критерию проходимости без оценки эффективности. Однако в данном прототипе критериями при прокладке маршрута на местности являются экономия расхода горюче-смазочных материалов и возможность преодоления географических зон местности подвижным транспортным средством.

Целью настоящего изобретения является снижение времени на определение районов размещения на местности для разнотипных технических средств радиоприемного комплекса

Решение этой цели реализовано в виде методики, представленной блок-схемой алгоритма на фиг. 1.

На этапе 1 (фиг. 1) вводятся оперативно-тактические данные по заданному географическому району, которые включают исходные данные по площади (сектору, зоне) оцениваемого района, времени суток (ночь, утро, вечер или день для весенне-осеннего или летнего времени), характеристики времени года (зима, весна-осень, лето), возможности прямой видимости и другие, в зависимости от поставленных задач.

На этапе 2 определяется инструментальное средство (комплекс) для реализации способа оценки размещения на местности в условиях заданного географического района с учетом принятых критериев и ограничений с привлечением ГИС, ГЛОНАСС, ЦКМ и других современных технологий.

На этапе 3 производится загрузка цифровой карты местности для географической зоны определенной на этапе 1.

На этапе 4 задаются условия и определяют критерии для минимизации географического района определенного на этапе 1 с целью исключения из этого района зон непригодных для размещения радиоприемных комплексов, например, по административным, географическим или физическим (или другим) параметрам (признакам).

На этапе 5 для организации условного цикла при многократном расчете географических зон по различным частным критериям производится установка счетчика номера текущего частного критерия для расчета и оценки свойств географической зоны.

На этапе 6 определяется (или рассчитывается) очередной частный критерий, используемый в данном цикле расчета для оптимизации географической зоны.

На этапе 7 при необходимости и при возможности по результатам предыдущего расчета в цикле (если он был) уточняется географическая зона на ЦКМ. Далее после анализа этой зоны выбирается шаг сканирования географической зоны, т.е. сетка, в узлах которой будут рассчитываться информативные признаки местности по текущему критерию и накладываться на ЦКМ. Следует помнить, что большой шаг сканирования ускоряет решение задачи, но отрицательно влияет на точность результатов и наоборот.

На этапе 8 рассчитываются информативные признаки в узловых точках сканирования ЦКМ, и формируется информационный массив результатов сканирования географической зоны по текущему частному критерию.

Если на этапе 9 качество расчета и результаты удовлетворяют условиям постановки задачи, то на этапе 11 производится вывод и визуализация информационного массива с привязкой к ЦКМ. На основе этих данных осуществляется анализ результатов и принимается решение. Если результаты расчета не удовлетворительны, то на этапе 10 производится модификация алгоритма сканирования и выбирается другой шаг сканирования для повторного расчета.

На этапе 12 проверяется условие окончания цикла, организованного на этапе 5, для чего оценивается номер частного критерия, и, если он последний, то переходят к этапу 14, где производится расчет обобщенного географического критерия для оптимизированной географической зоны на ЦКМ для района определенного на этапе 1 и минимизированного на этапе 4, при этом определяются информативные признаки в узловых точках сканирования ЦКМ с учетом обобщенного критерия, который является аддитивным и определяется как сумма частных критериев. Если номер частного критерия не последний, то на этапе 13 производится модификация номера частного критерия и выбирается другой для следующего расчета.

На этапе 15 осуществляется вывод и визуализация информационного массива по обобщенному географическому критерию для анализа результатов и принятия необходимых решений.

Далее после минимизации и оптимизации географических зон на ЦКМ по географическим критериям определяют номенклатуру (перечень) радиоприемных комплексов, которые могут быть использованы в данной географической зоне для выполнения поставленных задач с последующей оценкой их эффективности.

Для этого на этапе 16 вводятся тактико-технические ограничения и начальные условия по возможному применению радиоприемных комплексов в заданной географической зоне для решения специальных задач. Они включают в себя факторы, которые зависят от условий применения средств, а также основные требования, предъявляемые к размещению.

На этапе 17 вводится номенклатура возможных типов и количество предполагаемых к применению радиоприемных комплексов с целью решения задачи их размещения в заданной минимизированной географической зоне.

На этапе 18 для организации условного цикла при многократном расчете эффективности применения всей номенклатуры определенных радиоприемных комплексов по соответствующим тактико-техническими данными (критериям), производится установка счетчика номера применяемого радиоприемного комплекса.

На этапе 19 определяется очередной радиоприемный комплекс, используемый в данном цикле расчета, и вводятся (или рассчитываются) его тактико-технические данные.

На этапе 20 оценивается возможность размещения и проверяется эффективность возможного применения текущего радиоприемного комплекса в заданной географической зоне.

На этапе 21 проверяется условие окончания цикла, организованного на этапе 18, для чего оценивается номер текущего радиоприемного комплекса из рассматриваемой номенклатуры, если он последний, то переходят к этапу 23, где производится формирование информации о целесообразности, возможности и эффективности специального применения, определенного на этапе 17 радиоприемного комплекса для минимизированного географического района. Если номер радиоприемного комплекса не последний, то на этапе 22 производится модификация номера радиоприемного комплекса для выполнения следующего расчета.

На этапе 24 осуществляется вывод, визуализация и анализ результатов для принятия решения о размещении радиоприемных комплексов и соблюдения условий их применения. При этом производится структурирование географической района на зоны возможного применения конкретных радиоприемных комплексов из рассматриваемой номенклатуры для решения поставленных задач.

Предлагаемая методика вписывается в современную концепцию управления войсками следующим образом. Существует большая трудоемкость решения задач управления в условиях крайнего дефицита времени, отводимого на планирование операций (боевых действий) при дефиците численности личного состава органов управления, резко обостряет глобальную проблему полноты и своевременности обработки информации. С целью перехода на новый качественный уровень необходимо совместное использование современного инструментария (ГИС, ГЛОНАСС, ЦКМ и других) в автоматизированных системах военного назначения. Значительное количество боевых и нормативно-технических документов соответствует концепции ведения боевых действий 70-х - 80-х годов. При этом большинство задач управления войсками требуют для своего решения информацию о местности, подготовка и обработка которой в настоящее время в большей степени выполняется традиционным способом, т.е. вручную. Автоматизация процессов управления за счет новых информационных технологий и их использование на системном уровне войсками требует разработки и применения специальных технологий оценки обстановки в районах особого предназначения на подготовительном этапе, т.е. в мирное время. Поэтому необходимость решения задачи предварительной оценки географического района для размещения радиоприемных комплексов с учетом тактических свойств местности существует, так как является одной из важнейших при организации специальных операций и будет основным ограничением для выполнения непосредственной задачи оптимизации размещения радиоприемных комплексов в заданном районе . В данном способе учитывается:

Концепция интегрирования геоинформационных систем и новых информационных технологий;

Оперативно-тактические условия функционирования и тактико-технические характеристики радиоприемных комплексов, предназначенного для размещения в данном районе;

Тактические свойства местности в сочетании с сезонными климатическими условиями;

Экономия аппаратных ресурсов для значительного объема входной информации при использовании малогабаритных, объектно-ориентированных мобильных компьютерных средств.

Таким образом, предлагаемый способ оценки местности заключается в выполнении новых операций и новой последовательности их выполнения и обладает рядом существенных преимуществ, которые позволяют минимизировать и структурировать предполагаемый район размещения радиоприемных комплексов, сократить время принятия решения на развертывание средств в позиционных районах, обеспечить высокую степень использования информационных технологий, понизить субъективный фактор принятия решения должностными лицами, повысить эффективность применения радиоприемных комплексов, а использование геоинформационной системы позволяет достоверно, с точностью и полнотой, отображать современное состояние местности, ее типичные черты и характерные особенности в настоящее время.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».

Анализ известных технических решений в исследуемой и смежных областях позволяет сделать вывод о том, что введенные операции частично известны. Однако введение их в способ оценки района размещения радиоприемных комплексов с учетом тактических свойств местности с использованием ЦКМ и специализированого программно-аппаратного комплекса «Геоинформационные системы» в указанной последовательности придает этому способу новые свойства.

Таким образом, техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое техническое решение может быть использовано в автоматизированной системе управления войсками при управлении частями и подразделениями при решении оптимизационных задач, для которых на предварительном этапе требуется минимизация исходной информации.

Источники информации

1. Бэлман Р. Динамическое программирование. - Издательство иностранной литературы. - 1960, 400 с.

2. Гитис В. Основы пространственно- временного прогнозирования в геоинформатике. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 256 с.

3. «Обзор отечественных ГИС военного назначения, февраль 2014», [Электронный ресурс] - Режим доступа: - www.gistechnik.ru

4. Брайсон А. Прикладная теория оптимального управления: Оптимизация, оценка и управление. - М.: Мир. - 1972. - 544 с.

5. Рейклейтис Г. Оптимизация в технике. - М.: Мир. - 1986 - 347 с.

6. Тикунов В. Моделирование в картографии. - Издательство МГУ. - 1997 - 400 с.

Способ оценки местности для размещения радиоприемных средств, включающий введение начальных условий и данных по заданному географическому району, загрузку цифровой карты местности (ЦКМ), проведение расчета географических зон по различным частным критериям, формирование информации о зонах возможного размещения радиоприемных средств по их тактико-техническим характеристикам, уточнение географической зоны на ЦКМ, отличающийся тем, что первоначальную оценку местности проводят по физико-географическим условиям, зафиксированным на ЦКМ, осуществляют исключение зон, непригодных для размещения радиоприемных комплексов по эксплуатационно-техническим возможностям, присущим размещаемым радиоприемным средствам при выполнении задач управления, проводят оптимизацию ЦКМ с помощью методов динамического программирования по частным и обобщенному критериям района возможного размещения радиоприемных комплексов на местности с последующей оценкой возможности радиоприемных комплексов, размещаемых в данной географической зоне.

Похожие патенты:

Изобретение относится к беспроводной связи. Техническим результатом является повышение эффективности обработки сигналов при разнесенном приеме и мультиплексирование управляющих сигналов на множество уровней MIMO на основании типа, требований и характера управляющей информации.

Настоящее изобретение относится к области транспортной связи. Технический результат - упрощение инфраструктуры, архитектуры и коммуникационных связей транспортной коммуникационной системы с возможностью выбора режима работы дорожных приемо-передающих устройств.

Изобретение относится к беспроводной связи. Техническим результатом является использование улучшенных технологий для администрирования передачей информации в канале управления восходящего канала передачи данных в системах, в которых используется объединение несущих и/или TDD.

Изобретение относится к беспроводной связи. Технический результат заключается в улучшении использования кандидатов в EPDCCH.

Изобретение относится к технологиям связи, в частности к способу, устройству и системе для обработки данных в ходе прослушивания в состоянии бездействия. Способ включает в себя дискретизацию, в режиме прослушивания в состоянии бездействия, первого аналогового сигнала посредством использования N-битового ADC и дискретизацию, в режиме приемо-передачи, второго аналогового сигнала посредством использования M-битового ADC, где N и M являются целыми числами, и N меньше M.

Предложена группа изобретений в отношении способа оптимального размещения горизонтальных скважин и программного носителя информации, способствующих максимальному покрытию горизонтальными скважинами предварительно заданной области с нерегулярными границами.

Способ проектирования многорежимной интеллектуальной системы управления распределенной средой мягких вычислений

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам передачи партографической информации и ее анализа. Система содержит клиентское устройство, выполненное с возможностью принимать партографическую информацию пациента в качестве входных данных, причем партографическая информация передается на сервер обработки партографической информации через коммуникационную сеть.

Изобретение относится к компьютерным системам предоставления информации. Техническим результатом является сокращение выборки определенных слов из больших массивов данных, что обеспечивает пользователю возможность ускоренной навигации по определениям слова.

Группа изобретений относится к позиционированию площадок - платформ под буровую установку для разработки месторождения горизонтальными скважинами с учетом предопределенных границ и наземных и/или подземных препятствий. Технический результат - повышение степени оптимизации позиционирования упомянутых площадок - объектов. По способу осуществляют следующее: а) определяют максимальное количество рядов объектов на основании интервала между рядами и максимального расстояния между ними; б) определяют максимальное количество столбцов на основании интервала между столбцами и максимального расстояния между объектами; с) определяют местоположение исходной точки - объекта в пределах заранее заданной границы в начальной позиции каждого ряда и в начальной позиции каждого столбца, при этом местоположение каждой исходной точки присваивают группе местоположений исходной точки; d) вычисляют суммарное значение для группы местоположений исходной точки - объекта с использованием компьютерного процессора; е) корректируют начальную позицию в каждом ряду на величину приращения для ряда и начальной позиции в каждом столбце на величину приращения для столбца. Повторяют шаги с)-е) для заранее заданного количества начальных позиций в каждом ряду и заранее заданного количества начальных позиций в каждом столбце и позиционируют площадки под буровую установку в каждом местоположении на основании местоположения соответствующей исходной точки в группе местоположений исходной точки, имеющей наилучшее суммарное значение. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области систем управления и может быть использовано для быстрой оценки и минимизации информации о географическом районе размещения мобильных малогабаритных радиоприемных комплексов. Достигаемый технический результат - снижение времени на определение районов размещения на местности для разнотипных технических средств радиоприемного комплекса. Способ оценки местности для размещения радиоприемных средств включает введение начальных условий и данных по заданному географическому району, загрузку цифровой карты местности, первоначальную оценку местности по физико-географическим условиям, зафиксированным на ЦКМ, исключение зон, непригодных для размещения радиоприемных комплексов по возможностям, присущим размещаемым радиоприемным средствам при выполнении задач управления, оптимизацию ЦКМ по частным и обобщенному критериям. 1 ил.

В общем случае мгновенное положение объекта в пространстве определяется тремя координатами в той или иной системе координат. Для характеристики движения объекта необходимы также производные координат , число которых зависит от сложности траектории движения объекта. На практике чаще всего используют производные не выше второго порядка, т. е. скорость объекта и ускорение . При этом обычно имеют в виду координаты и их производные для центра тяжести объекта. Часто измеряют лишь координаты, а их производные получают путем дифференцирования. Возможно также непосредственно оценить составляющую относительной скорости объекта, перпендикулярную фронту приходящей к антенне электромагнитной волны, путем измерения доплеровского смещения частоты. Интегрированием скорости объекта можно получить соответствующую координату, а ее дифференцированием - ускорение.

При активной радиолокации с учетом двустороннего распространения сигнала (от РЛС до цели и обратно) частота отраженного сигнала вследствие эффекта Доплера отличается от частоты излучаемого на значение с , пропорциональное радиальной составляющей относительной скорости , которая может быть вычислена по формуле

если известна длина волны излучаемого сигнала и измерено значение доплеровского смещения частоты . Следует заметить, что формула (7.2) точна лишь при значениях скорости , много меньших скорости распространения радиоволн , когда можно не учитывать релятивистский эффект.

При радиолокационном определении координат в основу положено свойство радиоволн распространяться в однородной среде прямолинейно и с постоянной скоростью. Скорость распространения радиоволн зависит от электромагнитных свойств среды и составляет в свободном пространстве (вакууме) . Там, где это не вызывает существенных погрешностей, обычно берут приближенное значение скорости . Постоянство скорости и прямолинейность распространения радиоволны позволяют рассчитать дальность D от РЛС до объекта путем измерения времени прохождения сигнала от РЛС до объекта и обратно:

Свойство прямолинейности распространения радиоволн является основой радиотехнических методов измерения угловых координат по направлению прихода сигнала от объекта. При этом используются направленные свойства антенны.

Радиотехнические методы позволяют также непосредственно найти разность дальностей от объекта до двух разнесенных передатчиков путем измерения разности времени приема их радиосигналов на объекте, определяющем свое местоположение.

В радионавигации при нахождении местоположения объекта вводят понятия радионавигационного параметра, поверхностей и линий положения.

Радионавигационным параметром (РНП) называют физическую величину, непосредственно измеряемую РНС (расстояние, разность или сумма расстояний, угол).

Поверхностью положения считают геометрическое место точек в пространстве, имеющих одно и то же значение РНП.

Линия положения есть линия пересечения двух поверхностей положения. Местоположение объекта задается пересечением трех поверхностей положения или поверхности и линии положения.

В соответствии с видом непосредственно измеряемых координат различают три основных метода определения местоположения объекта: угломерный, дальномерный и разностно-дальномерный. Широко применяют также комбинированный угломерно-дальномерный метод.

Угломерный метод. Этот метод является самым старым, поскольку возможность определения направления прихода радиоволн была установлена А. С. Поповым еще в 1897 г. при проведении опытов по радиосвязи на Балтийском море.

При этом используются направленные свойства антенны при передаче или приеме радиосигнала. Существует два варианта построения угломерных систем: радиопеленгаторный и радиомаячный. В радиопеленгаторной системе направленной является антенна приемника (радиопеленгатора), а передатчик (радиомаяк) имеет ненаправленную антенну. При расположении радиопеленгатора (РП) и радиомаяка (РМ) в одной плоскости, например на поверхности Земли, направление на маяк характеризуется пеленгом а (рис. 7.1, а). Если пеленг отсчитывают от географического меридиана (направление север-юг), то его называют истинным пеленгом или азимутом. Часто азимутом считают угол в горизонтальной плоскости, отсчитанный от любого направления, принятого за нулевое. Определение направления производят в месте расположения приемника, который может быть как на Земле, так и на объекте. В первом случае пеленгование объекта осуществляют с Земли и при необходимости измеренное значение пеленга передают на объект (борт) по каналу связи. При расположении радиопеленгатора на объекте пеленг на радиомаяк измеряют непосредственно на борту.

В радиомаячной системе (рис. 7.1,б) используют радиомаяк с направленной антенной и ненаправленный приемник. В этом случае в месте расположения приемника измеряют обратный пеленг относительно пулевого направления, проходящего через точку, в которой расположен радиомаяк. Часто применяют маяк с вращающейся ДНА. В момент совпадения оси ДНА с нулевым направлением (например, северным) вторая, ненаправленная, антенна РМ излучает специальный нулевой (северный) сигнал, который принимается приемником системы и является началом отсчета углов. Фиксируя момент совпадения оси вращающейся ДНА маяка с направлением на приемник (например, по максимуму сигнала), можно найти обратный пеленг , который при равномерном вращении ДНА маяка пропорционален промежутку времени между приемом нулевого сигнала и сигнала в момент пеленга.

В этом случае приемник упрощается, что важно при его расположении на борту. Поверхностью положения угломерной РНС является вертикальная плоскость, проходящая через линию пеленга.

При использовании наземных РП и РМ линией положения будет ортодромия - дуга большого круга, проходящего через пункты расположения РП и РМ. Она является линией пересечения поверхности положения с поверхностью Земли. Истинный пеленг (ИП) - угол между меридианом и ортодромией. При расстояниях, малых по сравнению с радиусом Земли, ортодромия аппроксимируется отрезком прямой линии. Для определения местоположения РП (рис. 7.1, в) необходим второй РМ. По двум пеленгам и можно найти местоположение РП как точку пересечения двух линий положения (двух ортодромий на земной поверхности). Если система расположена в пространстве, то для определения местоположения РП необходим третий радиомаяк. Каждая пара (РП - РМ) позволяет найти лишь поверхность положения, которая будет в данном случае плоскостью. При определении местоположения приемника предполагают, что координаты РМ известны.

В морской и воздушной навигации вводят понятие курса - утла между продольной осью корабля (проекцией продольной оси самолета на поверхность Земли) и направлением начала отсчета углов, в качестве которого выбирают географический или магнитный меридиан, а также линию ортодромии. Соответственно такому выбору различают истинный, магнитный и ортодромический курсы. Для летательного аппарата (ЛA) в качестве третьей координаты при нахождении местоположения используют высоту полета -абсолютную (отсчитываемую от уровня Балтийского моря), барометрическую (отсчитываемую по барометрическому высотомеру относительно уровня, принятого за нулевой) и истинную (кратчайшее расстояние по вертикали до поверхности под , измеряемое радиовысотомером). При применении радиовысотомера местоположение ЛA определяется уже комбинацией угломерного и дальномерного методов измерения координат.

Дальномерный метод. Этот метод основан на измерении расстояния D между точками излучения и приема сигнала по времени его распространения между этими точками.

В радионавигации дальномеры работают с активным ответным сигналом, излучаемым антенной передатчика ответчика (рис. 7.2, а) при приеме запросного сигнала. Если время распространения сигналов запроса и ответа одинаково, а время формирования ответного сигнала в ответчике пренебрежимо мало, то измеряемая запросчиком (радиодальномером) дальность . В качестве ответного может быть использован также и отраженный сигнал, что и делается при измерении дальности РЛС или высоты радиовысотомером.

Поверхностью положения дальномерной системы является поверхность шара радиусом D. Линиями положения на фиксированной плоскости либо сфере (например, на поверхности Земли) будут окружности, поэтому иногда дальномерные системы называют круговыми. При этом местоположение объекта определяется как точка пересечения двух линий положения. Так как окружности пересекаются в двух точках (рис. 7.2,б) то возникает двузначность отсчета, для исключения которой применяют дополнительные средства ориентирования, точность которых может быть невысокой, но достаточной для достоверного выбора одной из двух точек пересечения. Поскольку измерение времени задержки сигнала может производиться с малыми погрешностями, дальномерные РНС позволяют найти координаты с высокой точностью. Радиодальномерные методы начали применяться позже угломерных. Первые образцы радиодальномеров, основанные на фазовых измерениях временной задержки, были разработаны в СССР под руководством Л. И. Мандельштама, Н. Д. Папалекси и Е. Я. Щеголева в 1935-1937 гг. Импульсный метод измерения дальности был применен в импульсной РЛС, разработанной в 1936-1937 гг. под руководством Ю. Б. Кобзарева.

Разностно-дальномерный метод. С помощью приемоиндикатора, расположенного на борту объекта, определяют разность времени приема сигналов от передатчиков двух опорных станций: . Станцию А называют ведущей, так как с помощью ее сигналов осуществляется синхронизация работы ведомой станции В. Измерение разности расстояний, пропорциональной временному сдвигу сигналов от станции А и В, позволяет найти лишь поверхность положения, соответствующую этой разности и имеющую форму гиперболоида. Если приемоиндикатор и станции А и В расположены на поверхности Земли, то измерение позволяет получить линию положения на земной поверхности в виде гиперболы с .

Для двух станций можно построить семейство гипербол с фокусами в точках расположения станций А и В. Расстояние между станциями называют базой. Для заданной базы семейство гипербол наносят на карту заранееи оцифровывают. Однако одна пара станций позволяет определить лишь линию положения, на которой расположен объект. Для нахождения его местоположения необходима вторая пара станций (рис. 7.3), база которой должна быть расположена под углом к базе первой пары. Обычно ведущая станция А является общей и синхронизирует работу обеих ведомых станций и . Сетка линий положения такой системы образуется двумя семействами пересекающихся гипербол, позволяющих найти местоположение приемоиндикатора (ПИ), расположенного на борту объекта.

Точность разностно-дальномерной системы выше точности угломерной и приближается к точности дальномер-ной. Но основным ее преимуществом является неограниченная пропускная способность, так как наземные станции могут обслуживать неограниченное число ПИ, находящихся в пределах дальности действия системы, поскольку на борту определяющегося объекта нет необходимости иметь передатчик, как в дальномерной системе. Следует заметить, что асимптотами гипербол являются прямые линии, проходящие через центр базы каждой пары станций системы Таким образом, на расстояниях, в несколько раз превышающих длину базы, линии положения вырождаются в прямые, в результате чего разностно-дальномерная система может быть использована как угломерная.

В зависимости от видов сигналов наземных станций и метода измерения временного сдвига сигналов принимаемых ПИ различают импульсные, фазовые и импульсно-фазовые разностно-дальномерные РНС.

Принцип импульсной разностно-дальномерной системы был предложен советским инженером Э. М. Рубчинским в 1938 , но широкое распространение такие системы получили лишь к концу второй мировой войны, когда были разработаны методы точного измерения временного положения импульсов. Первая фазовая разностно-дальномерная система (фазовый зонд) была создана в СССР в 1938 г. В дальнейшем этот принцип был использован в системах «Декка», «Координатор» и др.

Комбинированный угломерно-дальномерный метод. Этот метод позволяет найти местоположение объекта из одной точки. Комбинированный метод обычно применяют в РЛС, которые измеряют наклонную дальность D, азимут и угол места Р (рис. 7.4). Углом места называют угол между направлением на объект и горизонтальной плоскостью (поверхностью Земли). Азимут отсчитывают от направления север - юг или другого направления, принятого за начальное. Путем пересчета основных координат можно найти также высоту , горизонтальную дальность и ее проекции на направление север - юг и запад - восток.

Определение местоположения объекта из одной точки и с помощью одной станции является большим преимуществом комбинированного метода, который широко используется также в радиосистемах ближней навигации.

Рассмотренные методы определения местоположения объекта относительно точек с известными координатами (радионавигационные точки РНТ) с помощью поверхностей и линий положения называют позиционными.

Кроме позиционных методов в навигации применяют методы счисления пути интегрированием измеренных скорости (доплеровским или воздушным измерителем) или ускорения (акселерометром), а также обзорно-сравнительные методы, основанные на сравнении телевизионных, радиолокационных и других изображений местности с соответствующими картами.

Используют и корреляционно-экстремальные методы навигации, основанные на определении структуры какого-либо физического поля,характерного для данной местности (например, рельефа), и сравнении параметров этого поля с соответствующими параметрами, хранящимися в запоминающем устройстве РНС. Преимуществами этих методов являются автономность, малое влияние помех и отсутствие накапливающихся погрешностей при определении местоположения объекта.

1. Угломерный, угломерно-дальномерный и разностно-дальномерный методы определения местоположения источников радиоизлучений.

1.1 Общая характеристика методов .

В зависимости от параметра электромагнитного поля, используемого при определении местоположения РЭС, различают: амплитудные, временные, фазовые и частотные методы. По измеряемым параметрам электромагнитного поля могут быть определены геометрические величины : пеленг, расстояние до РЭС, разность расстояний от РЭС до двух точек приема.

Измеренным геометрическим величинам соответствуют линии положения РЭС на плоскости (ЛП) или поверхности положения (ПП) в пространстве.

Форма ЛП или ПП и определяющие их соотношения зависят от метода определения местоположения (МП) (рис.1).

Рис.1 Формы и соотношения для линий и поверхностей положения.

Например, для дальномерной системы: М – источник ИРИ (РЭС); О 1 – средство разведки (навигационная точка НТ) ; геометрическая постоянная

P = R = const .

ЛП:х 2 + у 2 = R 2 – концентрическая окружность с центром в НТ.

ПП:х 2 + у 2 + Z 2 + R 2 – сфера с центром в НТ.

Определение: Геометрическое место точек возможного положения РЭС на плоскости (в пространстве), для которых геометрическая величина, определяющая местоположение объекта, есть постоянная, называется линией (поверхностью) положения.

Для однозначного определения МП необходимо, чтобы в области нахождения РЭС пересекалось не менее 2 х линий или не менее трех поверхностей положения (одна из которых, поверхностьЗемли).

В настоящее время применяются следующие методы определения МП излучающих РЭС: угломерный, разностно-дальномерный, суммарно-дальномерный, угломерно-дальномерный, дальномерный, комбинированный.

Рассмотрим некоторые из них.

1.2 Угломерный (пеленгационный) метод основан на определении МП, как точки пересечения ЛП, соответствующих измеренным в двух разнесенных точках приема пеленгами (рис.2).

Рис.2 Угломерный метод определения местоположения ИРИ на плоскости.

Для определения МП «и» на плоскости достаточно измерить j аз1 и j аз2 . Тогда по теореме синусов:

;

;

где d – база, о 1 и о 2 – точки приема (НТ)

Для определения МП «и» в пространстве (рис.3) измеряются азимутальные углы j аз1 j аз2 и угол места в одной из точек приема. Либо наоборот – углы места j ум1 и j ум2 в двух точках приема и азимутв одной из них.

Рис.3 Угломерный метод определения местоположения ИРИ в пространстве.

Тогда, например:

Важнейшей оценкой, определяющей выбор способа определения МП, является погрешность измерений. Однако непосредственному измерению в аппаратуре подвергаются электрические параметры с характерной для данной системы погрешностью.Погрешности связаны следующей функциональной цепочкой:

s э ® s р ® s л ® s Д ,

где s э – ошибка определения электрического параметра;

s р – ошибка определения геометрическогопараметра;

s л -ошибка определения ЛП (ПП);

s Д -ошибка определения МП.

Ошибки определения линейного и геометрического параметров связаны соотношением:

s лр = К л s р , где К л – коэффициент линейной ошибки (определяется выбранным методом определения МП).

Например, для угломерного метода (плоскостной случай):

Для рассматриваемого рисунка Д=Д 1 , а - ошибка определения угла.

Она связана с ошибкой определения электрического параметра, например, фазы. В свою очередь

Анализ показывает, что наибольшая точность определения МП будет при a @ 110 о и расположению РЭС на нормали к середине базы при относительно небольших Д.

Наихудшая точность соответствует направлениям на РЭС, близким к направлению базы.

Точность определения МП может быть увеличена при многократном пеленговании (10-15 пеленгов), но при этом возникает опасность ложных пеленгов (рис.4)

Рис.4 Возникновение ложных пеленгов

Здесь наряду с определением 3 х истинных источниковИ 1 , И 2 , И 3 обнаруживается 6 ложных (ЛИ).

Исключение ЛП возможно за счет опознавания источников путем сравнения по параметрам сигналов (f , t u , T u ), либо путем взаимокорреляционной обработки сигналов, принимаемых в о 1 , о 2 .

Достоинства метода – простота.

Недостатки метода – необходимость согласования обзора из 2 х точек изависимость ошибок от положения источника.

1.3 Разностно-дальномерный метод основан на измерении относительного запаздывания сигналов, принимаемых в 3 х пунктах приема, и нахождении ЛП (гипербол), а также вычислении координат точки пересечения ЛП (рис.5)

Рис.5 Разностно-дальномерный способ определения местоположения

Здесь А 1 , А 2 , А 3 –разнесенные точки наблюдения, принадлежащие различным базам А 1 , А 2 , d 12 и А 2 , А 3 , d 23 . Фокусы гипербол совпадают с точками наблюдения. Разности расстояний, определяемые путем измерения относительного запаздывания сигналов, будут:

P 12 =const= Д 1 - Д 2 и P 23 =const= Д 2 - Д 3 .

Они являются параметрами гипербол, по которым гиперболы строятся. (Гипербола – геометрическое место точек, для каждой из которых разность расстояний до фокусов есть величина постоянная (рис.1)

Пространственное положения источника ЭМИ определяется по трем разностям дальностей, измеренных в 3 х , 4 х приемных пунктах. МП источника ЭМИ – точка пересечения трех гиперболоидов вращения.

Линейная ошибка метода:

, где - СКО определения Р.

В свою очередь;

j - угол под которым видна база А 1 А 2 из точки И

Обычно базы (А 1 А 2) и (А 2 А 3) располагаются не на одной линии а под a =60 о -90 о

Для определения временных задержек D t 12 и D t 23 используют, например, передний фронт импульса сигнала РЭС.

Для уменьшения s Л базу нужно увеличивать. Точность определения МП данным методом высокая (десятки м).

Рассматриваемый метод применяется в пассивных импульсных (временных) и корреляционно-базовых системах определения местоположения источников ЭМИ.

При использовании пассивных разностно-дальномерных систем также возможно обнаружение ложных несуществующих источников ЭМИ в тех случаях, когда источник излучает периодические сигналы с малым периодом следования (с малой скважностью). На временном интервале, равном разности времени распространения сигнала от источника до приемника, укладывается несколько периодов излучаемых сигналов.

В результате система измеряет большое количество разностей дальностей и определяет соответственно большое количество гиперболических поверхностей. Многие из них являются ложными.

Устранить подобную неоднозначность можно путем разнесения источников по угловым координатам, т.е. совместным применением разностно-дальномерного и триангуляционного методов.

Помимо рассмотренных находят применение комбинации методов: угломерно-дальномерный и угломерно-разностно-дальномерный (рис.6,7) .

Рис.6 Дальномерно-угломерный способ

Рис.7 Угломерно-разностно-дальномерный способ

2. Погрешность определения местоположения источника

радиоизлучения

Установим связь между ошибкой олределения МП и линейными ошибкам,справедливую для любого метода (рис.8)

Рис.8 Определение ошибки местоположения

Здесь Р 1 и Р 2 истинные ЛП для геометрических параметров Р 1 и Р 2 ,

Р 1 + D Р 1 и Р 2 + D Р 2 – ЛП измеренные, отстоящие от истинных на величины линейных ошибок D n 1 и D n 2 ; М – истинное МП объекта, М ¢ - найденное (измеренное); r – ошибка МП объекта.

Из D МОМ ¢ можно найти:

r 2 = a 2 + в 2 ± 2ав - ошибка МП s Д минимальна при b =90 о.

В РРТР широко распространены угломерный и угломерно-дальномерный методы, как единственные методы, позволяющие однозначно определять МП.

Недостатком угломерного метода является зависимость ошибки МП от дальности и сравнительно большие значения ошибок.

В последнее время все чаще используется гиперболический метод. Его достоинства:

1. Высокая точность определения МП;
2. Отсутствие необходимости в точной ориентации антенн;
3. Возможность использования слабонаправленных антенн (широкая зона обзора);
4. Возможность использования больших высот для носителя аппаратуры РРТР и, следовательно, большая дальность действия.

Недостатки:

1. Невозможность определения МП источника немодулированного колебания;
2. Необходимость временной синхронизации между пунктами приема с точностью до 10 -8 с;
3. Зависимость точности от вида модуляции (лучше для остроконечной АКФ модулирующего сигнала);
4. Затраты времени на измерения. В отличие от пеленгатора, где результат – пеленг, в РДС формируются выборки сигналов. Они передаются со всех постов на общий пост вычисления координат, где определяются соответствующие задержки, а по ним МП.

Для определения МП ИРИ с произвольными видами модуляции более предпочтительны угломерные системы на основе пеленгаторов.

Задача определения местоположения транспортного средства заключается в определении его координат на поверхности Земли. Системы определения местоположения подразделяются на системы локального определения местоположения и системы дистанционного определения местоположения. В случае локального определения местоположения объект сам определяет свое положение. В качестве примера можно привести систему GPS. Дистанционное определение местоположения осуществляется из центрального пункта, который определяет местоположение отдельных объектов. В таком режиме работают, например, радиолокаторные системы.

Для определения местоположения используются, в основном, четыре технических метода: прямое определение местоположения, косвенное определение местоположения, спутниковые системы и наземные передатчики. Из них наиболее распространенным стало косвенное определение местоположения в сочетании со спутниковыми системами. Существенное преимущество систем заключается в том, что они не нуждаются в создании центральных пунктов или сложной инфраструктуры связи.

Известно, что использование датчиков (рис.13.4) только одного типа не позволяет, как правило, определить местоположение объекта с высокой точностью и достаточной надежностью. Поэтому часто комбинируются данные различных датчиков с помощью различных методов и алгоритмов.

Рисунок 13.4 – Датчики, используемые для определения местонахождения ТС

Прямое определение местоположения . Казалось бы, что это – самый простой метод определения местоположения, так как местоположение определяется в момент прохождения транспортного средства через данное сечение, образованное, например, радиомаяком. В данном случае часто говорят о датчике положения, сигнал которого может передаваться не только с помощью радиоволн, но также с помощью световых или инфракрасных лучей. Существенным условием является наличие в транспортном средстве бортового устройства, способного вести связь с радиомаяком. Кроме того, должна быть создана достаточно густая сеть маяков, покрывающих данную область.

При отсутствии бортового устройства используются видеокамеры, которые позволяют прочитать номерные знаки и по ним определять проезд ТС через данную сеть. Основным недостатком такой системы, которая используется для электронной платы за проезд, является высокая стоимость создаваемой инфраструктуры. Она содержит не только цену радиомаяков, но и цену всей сети связи. Поэтому эту систему не рекомендуется использовать только для определения местоположения ТС.

Косвенное определение местоположения . Данный метод является одним из простейших, и он основан на принципе, по которому можно подсчитать положение ТС, движущегося в двухразмерном пространстве, если известно его исходное положение (рис. 13.5). Этот метод заключается в суммировании приращений траектории и углов направления относительно исходной точки, т. е. определяется положение относительно опорной точки.

Рисунок 13.5 – Метод косвенного определения местоположения

Основной недостаток метода заключается в суммировании погрешностей при каждом измерении.

Спутниковая навигация . Современный этап развития методов определения координат связан с созданием спутниковых систем навигации.

Спутниковые системы первого поколения – это американская система Transit и советская система Цикада . Система Transit изначально разработанная для управления подводными лодками была запущена в 1964 г. и состояла из 7 низкоорбитальных спутников. С 1967 г. она стала доступна для гражданских пользователей. В 2000 г. система была выведена из эксплуатации.

Развертывание системы Цикада было начато в 1967 г., когда был выведен на орбиту первый навигационный спутник. Полностью система введена в эксплуатацию в 1979 году в составе четырех космических аппаратов. В настоящее время «Цикада» имеет ограниченное применение в навигации. Советский Союз и Россия имеет военный вариант системы, называемый «Циклон».

В обеих системах координаты определялись на основании доплеровского сдвига частоты от каждого спутника, по которому определялось положение наблюдателя относительно спутника. Высота орбит спутников и в той и в другой системе 1000 км, точность навигации около 100 м. Хотя эти системы и покрывали основные потребности в навигации судов, но имели и существенные недостатки – низкое быстродействие, отсутствие непрерывной доступности, возможность позиционировать только медленно движущиеся объекты и др.

Спутниковые системы второго поколения – это уже работающие, или вводимые в эксплуатацию, системы это американская NAVSTAR (GPS) , российская ГЛОНАСС, европейская ГАЛИЛЕО, китайская БЕЙДОУ , индийская IRNSS .

GPS (Global Positioning System) – спутниковая радионавигационная система, обеспечивающая высокоточное определение координат объектов в любой точке земной поверхности в любое время суток. На сегодняшний день в научной и другой специализированной литературе, а так же во многих официальных документах, аббревиатуру GPS относят исключительно к американской системе NAVSTAR, хотя изначально предполагалось, что так будут называть все глобальные спутниковые системы позиционирования.

NAVSTAR (NAVigation Sattelite providing Time And Range) – навигационная система, обеспечивающая измерение времени и расстояния.

GPS была разработана в США и находится под управлением министерства обороны. Развертывание системы началось в 1977 г., когда был запущен первый спутник, а осуществлено полностью в 1993 г. Первоначально основным назначением GPS была высокоточная навигация военных объектов, но уже в 1983 г. система стала открытой для гражданского использования, а в 1991 г. были сняты ограничения на продажу GPS-оборудования странам бывшего СССР.

На настоящий момент в орбитальную группировку входит 32 спутника.

ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система). Первый спутник был запущен в 1982 г., в 1995 г. развертывание системы было закончено, было запущено 24 спутника, однако многие из них вышли из строя, и до недавнего времени система не функционировала в полном объеме. Запуск новых спутников в 2009–2011 гг. существенно изменил ситуацию. На 14 ноября 2011 г. в орбитальную группировку входило 30 спутников, из которых 23 использовалось по целевому назначению. Таким образом, в конце 2011 г. ГЛОНАСС стала обеспечивать навигацию практически по всему Земному шару.

Галилео – Европейская спутниковая навигационная система. Первые экспериментальные спутники были запущены в 2005 и 2008 гг. В октябре 2011г. были запущены два первых рабочих спутника, еще два предполагается запустить в 2012 г. Всего предполагается к запуску 30 спутников. 27 рабочих и 3 запасных.

Бэйдоу (китайской название созвездия Большой Медведицы) – китайская спутниковая навигационная система. 27 июля 2011г. был запущен 9-й спутник. Предполагается, что в пределах Азиатско-Тихоокеанского региона система начнет оказывать навигационные услуги уже в 2012г. Полностью развертывание системы, состоящей из 35 спутников, намечено завершить в 2020 г.

IRNSS – индийская навигационная спутниковая система, находится в состоянии разработки. Предполагается для использования только в этой стране. Первый спутник был запущен в 2008 году.

В зависимости от класса используемого наземного оборудования точность определения координат объектов при помощи GPS и ГЛОНАСС лежит в интервале от 10 м до единиц миллиметров (точность определения абсолютных координат на Земле), а время проведения измерений в большинстве случаев составляет от секунд до единиц минут. На сегодняшний день методы спутниковой навигации являются наиболее точными из всех существующих для определения координат наземных и околоземных объектов.

Назначение спутниковых систем. Навигационные спутниковые системы предназначены для определения местоположения, скорости движения, а также точного времени морских, воздушных, сухопутных и других видов потребителей. NAVSTAR и ГЛОНАСС – системы двойного назначения, изначально разработанные по заказу и под контролем военных для нужд Министерств обороны и поэтому первое, и основное назначение у систем стратегическое, второе назначение указанных систем гражданское. Исходя из этого, все действующие ныне спутники передают два вида сигналов: стандартной точности для гражданских пользователей и высокой точности для военных пользователей (этот сигнал закодирован и доступен только при предоставлении соответствующего уровня доступа от Министерства обороны).

Общий состав системы. Система глобального позиционирования (GPS) включает в себя 3 сегмента (рис. 13.6):

Космический сегмент (все рабочие спутники).

Управляющий сегмент (все наземные станции системы: основная управляющая и дополнительные для контроля).

Сегмент пользователя (все гражданские и военные GPS пользователи).

Космический сегмент. Спутники, разбитые по группам, вращаются в своих орбитальных плоскостях на неизменной средневысотной орбите, на постоянном расстоянии от поверхности Земли. Для получения сигнала в любое время, в любой точке земного шара и в 100 километрах от поверхности земли требуется 24 спутника. Если разделить условно, то по 12 спутников на каждое полушарие. Орбиты этих спутников образуют «сетку» над поверхностью земли, благодаря чему над горизонтом всегда гарантированно находятся минимум четыре спутника, а созвездие построено так, что, как правило, одновременно доступно не менее шести.

Рисунок 13.6 – Общий состав системы GNSS

Полностью развёрнутая спутниковая система (рис. 13.7) имеет также резервные спутники, по одному в каждой плоскости, для «горячей» замены (в случае выхода основного спутника из строя они могут быть оперативно введены). Резервные спутники не бездействуют и также участвуют в работе системы, улучшая точность позиционирования. Они также могут быть использованы и для увеличения степени покрытия отдельного региона. Спутники в ограниченных пределах могут быть перегруппированы по команде с наземной станции управления, но в связи с ограниченным запасом топлива на борту спутника делается это только в исключительных случаях. При необходимости в течение срока службы происходит лишь небольшая коррекция движения. На борту спутника располагаются несколько эталонов времени и частоты «высокоточные атомные часы». Работает всегда один эталон, а располагается их в спутнике несколько (от трёх до четырёх).

Спутниковые навигационные системы сконструированы таким образом, чтобы из любой точки на Земле было видно как минимум 4 спутника (рис. 13.8).

а) орбиты GPS спутников в 6 различных плоскостях; б) позиции спутников на карте

Рисунок 13.7 – Космический сегмент системы

Таким образом, несмотря на погрешность часов приемника и ошибок по времени, позиция вычисляется с точностью примерно 5–10 м.

Рисунок 13.8 – Четыре спутника для определения позиции в 3-D пространстве

Источники ошибок при распространении сигнала представлены на рис. 13.9.

Рисунок 13.9 – Источники ошибок при распространении сигнала

Спутниковая дальнометрия. Системы спутниковой навигации используют высоко расположенные спутники, которые размещаются таким образом, чтобы из любой точки n на земле можно было провести линию, по крайней мере, к четырем спутникам.

Определение местоположения подвижного объекта с помощью наземных передатчиков .

Определение местоположения абонента в сетях GSM . Теоретически системы определения местоположения (ОМП) позволяют определить координаты абонента с точностью до нескольких десятков метров и являются реальной альтернативой системам глобального спутникового позиционирования, но лишь на территории обслуживания сотовых сетей.

Задача позиционирования мобильных телефонов предполагает автоматическое определение их местоположения в пределах сотовых сетей. При этом под термином «местоположение » следует понимать не нахождение географических координат – широты и долготы, что в принципе также возможно, а однозначную идентификацию положения владельца мобильного телефона на местности (электронной карте).

Согласно принятой классификации, СМП делятся на два основных типа: системы, для функционирования которых необходима доработка или замена абонентских устройств, и, работающие с обычными мобильными терминалами (системы позиционирования внутри сотовой сети).

В первом случае потребуется либо новая SIM-карта, либо новый аппарат, а возможно, и то и другое. Во втором случае никаких изменений в аппаратной части мобильного терминала не требуется, а необходимо только изменение программной части, таким образом, все затраты на развертывание системы несет оператор сети.

Для определения положения мобильного аппарата могут быть использованы три основных параметра радиосигналов: направление прихода, амплитуда и время задержки.

Амплитуда принимаемых сигналов способна характеризовать расстояние между передатчиком и приемником. Однако на практике уровень сигналов мобильного телефона в месте приема зависит от столь большого числа причин, что в большинстве случаев не может обеспечить требуемую точность определения места и используется в качестве вспомогательного параметра.

Направление прихода сигналов может автоматически определяться, по различию фаз сигналов на элементах антенны. Можно также использовать несколько базовых станций, расположенных по соседству. Использования секторных антенн, вместо всенаправленных, позволяет определить направление прихода сигналов с большей точностью. Пересечение пеленгов из двух или большего числа мест обеспечивает с определенной точностью определение положения мобильного телефона.

При реализации угломерного метода – метод направления прихода сигналов – Angle of Arrival – АОА измеряемыми параметрами являются углы направления прихода излучения радиотелефона α1 и α2 (град) (рис. 13.10) относительно линии базы, соединяющей две сотовые станции сети.

Рисунок 13.10 – Принцип реализации угломерного метода

При реализации дальномерного метода измеряемыми параметрами являются временные задержки Dt1 [c] и Dt2 (сек) (рис. 13.11) распространения сигнала радиотелефона абонента не менее, чем до двух сотовых станций сети относительно их временных шкал, которые должны быть синхронизированы между собой, а рассчитываемыми параметрами – дальности от сотовых станций до места расположения абонента.

Рисунок 13.11 – Принципиальная схема реализации дальномерного метода.

При реализации разностно-дальномерного метода измеряемыми параметрами являются временные задержки Dt1[c], Dt2[c] и Dt3[c] распространения сигнала радиотелефона абонента не менее чем до трех базовых станций сети относительно их синхронизированных временных шкал, а рассчитываемыми параметрами – дальности от сотовых станций до места расположения абонента.

Недостатками такой системы местоопределения можно назвать:

· Низкую точность в местоопределении (по сравнению со спутниковыми системами);

· Привязку к определенному оператору сотовой связи (GPS – глобальная система);

· Неравномерность качества услуги (зависимость от зоны действия сигнала).

Определение местоположения подвижного объекта с помощью системы контрольных пунктов . С помощью достаточно большого количества дорожных указателей или контрольных пунктов (КП), точное местоположение которых известно в системе, на территории города создается сеть контрольных зон. Местоположение транспортного средства определяется по мере прохождения им КП. Индивидуальный код КП передается в бортовую аппаратуру, которая через подсистему передачи данных передает эту информацию, а также свой идентификационный код в подсистему управления и обработки данных. Таким образом, реализуется метод прямого приближения. Однако на практике чаще используется инверсный метод приближения – обнаружение и идентификация транспортных средств осуществляется с помощью установленных на них активных, пассивных или полуактивных маломощных радиомаяков, передающих на приемник КП свой индивидуальный код, или же с помощью оптической аппаратуры считывания и распознавания характерных признаков объекта, например, автомобильных номеров. Информация от КП далее передается в подсистему управления и обработки данных.

Очевидно, для зоновых систем точность местоопределения и периодичность обновления данных напрямую зависит от плотности расположения КП по территории действия системы. Методы приближения требую развитой инфраструктуры связи для организации подсистемы передачи данных с большого числа КП в центр управления и контроля, а в случае использования оптических методов считывания требуют и сложной аппаратуры на КП, и поэтому являются весьма дорогим при построении систем, охватывающих большие территории. В то же время, инверсные методы приближения позволяют минимизировать объемы бортовой аппаратуры – радиомаяка, либо вовсе обойтись без устанавливаемой на автомашину аппаратуры. Основное применение данных систем – комплексное обеспечение охраны автомашин, обеспечение поиска автомашин при угоне. Примером подобной системы является система «КОРЗ-ГАИ», обеспечивающая фиксацию приближения угнанной оборудованной автомашины к посту ГАИ.

Наиболее развита сеть дорожных указателей, с помощью которых реализуются системы как прямого, так и инверсного приближения в Японии. Дорожные указатели в Японии образуют общенациональную сеть. В Европе в 70-80гг. активно внедрялись системы избирательного обнаружения, идентификации и определения местонахождения транспортных средств, разработанных фирмами Philips и Cotag International Ltd (Великобритания). Дорожные указатели в виде электромагнитных петель размещаются непосредственно в дорожном покрытии. На ТС устанавливается полуактивный импульсный радиоответчик, включаемый при воздействии на него электромагнитного поля петли. В настоящее время в европейских странах активно действует компания ANANDA Holding AG. Начиная с 1992г. во Франции, а затем в 12 странах Европы и в Мексике разворачиваются системы INMED/VOLBACK, предназначенные для обнаружения местонахождения похищенных автомашин. Приемные антенны контрольных пунктов встраиваются в дорожное покрытие, столбы и прочие элементы оформления проезжих частей. Передатчик на автомашине имеет размеры около 5х4х2 см. Контрольные пункты связаны в единую общеевропейскую сеть. Во Франции 1500 КП образуют 400 зон. По оценке французских специалистов эффективность возврата угнанных автомашин, оборудованных передатчиками системы INMED/VOLBACK, составляет более 85% против 60% для необорудованных автомашин. Общая численность оборудованного автотранспорта в Европе по оценке ANANDA Holding AG должна составить не менее 500 тысяч автомашин.

Контрольные вопросы

1. Специальные автоматические устройства для мониторинга работы транспортных средств. Краткая характеристика.

2. Виды чип-карт для цифровых тахографов.

3. Системы определения местоположения транспортных средств.

4. Способы определения местоположения транспортных средств.

5. Спутниковые навигационные системы для определения местоположения ТС.

6. Определение местоположения подвижного объекта с помощью наземных передатчиков.

7. Определение местоположения подвижного объекта с помощью системы контрольных пунктов.