Разностно дальномерный метод определения координат. Методы определения местоположения источников эми

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.

Положение объекта в пространстве определяется тремя координатами х i , i=1,2,3, в той или иной системе координат. Положение объекта на поверхности Земли задается двумя координатами. Методы определения местоположения делятся на следующие группы:

§ обзорно-сравнительные;

§ методы счисления пути;

§ методы позиционных линий.

Обзорно-сравнительные методы основаны на сравнении наблюдаемой карты местности с эталонной, внесенной в память системы. На наблюдаемой карте нанесено положение объекта. Совмещение эталонной карты с наблюдаемой позволяет определить его координаты.

Используемые карты могут иметь различную физическую природу. Это может быть изображение земной поверхности в оптическом или радиолокационном диапазоне, карта звездного неба в оптическом или радиодиапазоне, карта радио­теплового излучения земной поверхности и т.д.

Совмещение карт обычно производится путем нахождения их взаимной кор­реляционной функции. Для двумерных карт

где – взаимная корреляционная функция (ВКФ); – наблюдае­мое изображение; – эталонное изображение; х, у – коорди­наты точки на наблюдаемой карте; х 0 , у 0 – координаты начала отсчета.

Максимум взаимной корреляционной функции наступает, когда х 0 +Dх=х, у 0 +Dу=у. Значения Dх, Dу в этой точке соответствуют смещению эталонной карты относительно реальной. Полное совмещение карт фиксируют по максиму­му ВКФ, поэтому метод иногда называют корреляционно-экстремальным.

Обзорно-сравнительный метод используется в навигации.

Метод счисления пути также применяется в навигации. Сущность метода счисления пути заключается в том, что на объекте (корабле, автомобиле, бронетранспортере и т.д.), стартующем из точки с известными координатами х 0 , у 0 , в каждый момент времени измеряются ускорения а х (t), a y (t) либо скорости v х (t), v y (t) no каждой из координат. Интегрированием ускорения определяют путевую скорость.

Например:

.

,

а затем и саму координату x(t) = x 0 + Dx(t).

Приборы для измерения ускорения (акселерометры) основаны на использовании второго закона Ньютона

где m– масса тела; F – приложенная к нему сила; а – ускорение, полученное телом в результате приложения к нему силы F.

Груз массой m помещается в пружинный подвес. Под действием

ускорения груз перемещается, причем перемещение, которое и измеряют, пропорционально ускорению.

Системы, основанные на измерении ускорения, называют инерциальными. Существуют навигационные системы, в которых измеряется не ускорение a(t), а непосредственно скорость v(t). Для этой цели используется эффект Доплера.

Наибольшее распространение в радиолокации и радионавигации получил метод позиционных линий. В основе метода позиционных линий лежит понятие поверхности положения – такой поверхности в пространстве, на которой измеряемая радиотехническая величина постоянна.

Непосредственно радиотехническими методами могут быть измерены расстояние, разность расстояний и направление. Рассмотрим соответствующие поверхности положения.

1. Поверхность равных дальностей, R = const. Очевидно, это сфера. Пересечение сферы с плоскостью (например, с плоскостью Земли) дает линию положения – окружность (рис. 3.50). Ее уравнение в полярных координатах .

2. Поверхность равных пеленгов (направлений), а = const. Если пеленг отсчитывается в горизонтальной плоскости от географического меридиана (направление север-юг – N-S), его называют истинным пеленгом или азимутом. Пересечение плоскостью равных азимутов поверхности земли дает прямую – линию равных пеленгов (рис. 3.51).

3. Поверхность равных разностей расстояний – поверхность, на которой разность расстояний до двух фиксированных точек пространства остается постоянной. В пространстве – это гиперболоид, а на поверхности земли – гипербола. На рис. 3.52 точки А и В – точки с известными координатами, R А – R B = R AB = const – уравнение линии равных разностей расстояний:

R AB = сDt AB ,

где Dt AB – разность времени распространения сигнала от точки О до точек А и В.

Принципиально важно, что в этом методе расстояния R A и R B не измеряются, а измеряется их разность R AB .

В радиолокации и радионавигации используются следующие методы местоопределения целей, основанные на применении перечисленных поверхностей положения.

Дальномерный метод. Из трех точек пространства производится определение расстояний до объекта. Пересечение двух поверхностей положения (сфер) дает линию положения. Пересечение этой линии с третьей сферой дает местоположение объекта в пространстве.

На рис. 3.53 изображена интерпретация метода применительно к плоскости. Как видно из рисунка, две линии положения пересекаются в двух точках. Для выявления той из них, которая соответствует истинному положению объекта, надо иметь ориентировочные сведения о нем или использовать третью линию положения. Метод широко используется в навигации: с борта судна определяют расстояния R A и R B до точек А и В с известными координатами, затем рассчитывают его местоположение.

Пеленгационный (угломерный) метод, называемый также триангуляционным. Рассмотрим его применительно к плоскости. Из двух точек П 1 и П 2 , положение которых на плоскости известно, определяются направления на объект О (рис. 3.54). Затем положение объекта относительно этих точек определяется путем решения треугольника П 1 П 2 О:

(3.24)

где L – дальномерная база.

Дальность R 1 и пеленг a 1 – координаты объекта в полярной системе координат с центром в точке П 1 .

Пеленгационный метод используется в различных вариантах. В одном из них точка О – излучающий объект, координаты которого следует определить. Это делается путем пеленгования его с помощью неизлучающих устройств, расположенных в точках П 1 и П 2 с известными координатами. Для вычисления дальности R пеленг с одного пеленгационного пункта, допустим П 2 , передается в другой, например по радиоканалу. Данный способ местоопределения получил распространение в системах радиоэлектронной борьбы.

В радионавигационных системах значения углов a 1 и a 2 , измеренные радиопеленгаторами, передаются по радиоканалам на борт объекта О, где и проводятся вычисления.

В другом варианте метода, используемом в радионавигации, в точке О находится потребитель радионавигационной информации с радиоприемным устройством на борту. В точках П 1 и П 2 с известными координатами располагаются передающие радионавигационные устройства.

Бортовое радиоприемное устройство может обладать направленным приемом, то есть способностью пеленгования. Такие устройства называются радиокомпасами. Определяя ими направления на всенаправленные источники излучения П 1 и П 2 (приводные станции), вычисляют затем местоположение объекта навигации. Бортовое радиоприемное устройство может быть всенаправленным. В этом случае в точках П 1 и П 2 устанавливаются пеленговые маяки – радиопередающие устройства, сигналы которых зависят от направления излучения в пределах 0 – 2p по азимуту. Пеленги определяются по принятым сигналам маяков.

Дальномерно-пеленгационный метод. Из одной точки пространства измеряется дальность до объекта R и направление (пеленг) на него (рис. 3.55). Этот метод наиболее часто используется в радиолокации. Дальность R определяется по задержке принятого сигнала относительно излученного:

Угловое положение цели в горизонтальной и вертикальной плоскостях: a – азимут, b – угол места (угол возвышения), определяются амплитудным либо фазовым методами.

Разностно-дальномерный (гиперболический) метод. Рассмотрим его применительно к плоскости (рис. 3.56).

Пусть объект наблюдения (точка О) излучает сигналы. Измеряются разности времени прихода этих сигналов Dt AB , Dt BC в пространственно разнесенные точки А и В, В и С. По ним вычисляются разности расстояний и строятся линии положения (гиперболы), пересечение которых определяет положение объекта. Для синхронизации работы приемных пунктов А, В и С должны существовать линии связи между ними. Имеют место соотношения:

В данном варианте метод используется в системах радиоэлектронной борьбы, когда надо определить координаты источника излучения противоборствующей стороны.

Разностно-дальномерный метод местоопределения широко используется в радионавигации. В этом варианте в точке О (см. рис. 3.56) расположен потребитель навигационной информации. В точках А, В и С расположены передающие устройства с известными координатами, излучающие синхронные сигналы. В структуре сигналов содержатся элементы, позволяющие определить их принадлежность тому или иному излучателю. Потребитель оборудован радиоприемным устройством, позволяющим одновременно принимать сигналы передающих пунктов и измерять разность времени их приема Dt AB , Dt BC . Разность расстояний DR AB , DR BC вычисляется по формулам, по разностям расстояний определяется местоположение точки О.

Радиолокационные системы

В условиях возросших боевых возможностей средств воздушно-космического нападения значительно увеличился объем задач, решаемых противовоздушной обороной страны. В первую очередь это касается ведения всех видов разведки, обеспечения противовоздушной обороны важнейших объектов государственного и военного назначения, прикрытие стратегических направлений. Проведение согласованных действий по противовоздушной обороне возможно только в результате применения радиотехнических соединений, частей и подразделений, оснащенных современными РЛС различного назначения и базирования. Ведение боевых действий истребительной авиацией и зенитно-ракетными войсками без анализа воздушной обстановки в реальном масштабе времени не только не эффективны, но и обречены на поражение. Для решения задач по обеспечению безопасности страны в воздушно-космическом пространстве необходимо создание единой системы разведки и предупреждения о воздушно-космическом нападении, которая обеспечит своевременность, полноту и упорядоченность поступления информации.

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.

Цель модуля - описание принципов определения местоположения объектов на основе использования линий положения.

В навигации вообще и в радионавигации в частности задача определения местоположения решается с использованием базовых понятий навигационного параметра и линии положения.

Навигационный параметр (НП) - измеряемая величина, используемая для определения местоположения (МП).

НП - угол, дальность, разность расстояний, сумма расстояний.

Каждому НП соответствует линия положения (ЛП) (поверхность положения) - это геометрическое место точек равных значений НП.

Для определения ЛП при использовании различных методов пеленгации рассмотрим диаграммы определения линии положения:

Угломерная система:

Рисунок 1

Угол определяет угловое МП, в этом случае линией положения является прямая линия.

Технически угломерный метод может быть реализован с помощью вращающейся направленной антенной системы.

Дальномерная система:

Рисунок 2

При использовании дальномерного метода измеряется расстояние до объекта. Антенна используется ненаправленная, но может потребоваться запросно-ответная система.

Линией положения в дальномерном методе является окружность.

Рисунок 3

Особенностью разностно-дальномерного метода является то, что объекты сами по себе ничего не излучают, а только принимают сигналы, антенны используются ненаправленные, а система может обслуживать неограниченное количество потребителей.

Линией положения в разностно-дальномерном методе является гипербола.

Суммарно-дальномерная система:

Рисунок 4

В суммарно-дальномерной системе один навигационный пункт излучает сигнал, объект его переизлучает, после чего сигнал принимается вторым навигационным пунктом.

Линией положения в суммарно-дальномерном методе является эллипс.

Линии положения, соответствующие рассмотренным методам пеленгации приведены в следующей таблице.

Местоположение объекта определяется координатами (точкой) пересечения линий (поверхностей) положения с одинаковым значением навигационного параметра. Для решения навигационной задачи, т.е. для нахождения МП, используют навигационные функции, определяющие функциональную связь между навигационными параметрами и МП объекта.

Для определения МП требуется пересечение, по крайней мере, двух ЛП, поэтому методы определения МП характеризуются выбранной парой методов определения ЛП и могут быть представлены соответствующими диаграммами определения МП.

Диаграммы определения местоположения объектов на плоскости.

1. Угломерная система:

Рисунок 5

2. Дальномерная система

Рисунок 6

ДРМ - дальномерный радиомаяк.

3. Угломерно-дальномерная система:

Рисунок 7

АРМ - азимутальный радиомаяк.

Разностно-дальномерная система:

Рисунок 8

ВМ - ведомая, ВЩ - ведущая.

По такому принципу работают: Лоран - С, Чайка, РСДН.

5. Суммарно-дальномерная система

Рисунок 9

Псевдодальномерная система.

Интересной разновидностью дальномерных методов является псевдодальномерный, для пояснения сути которого рассмотрим следующий вспомогательный рисунок.

Рисунок 10

На данном рисунке - расстояние между объектами и, - скорость света, - неизвестный момент излучения сигнала, - момент приема сигнала, который известен. Проблема неизвестности момента времени может быть решена, если информация об этом моменте кодируется в самом передаваемом сигнале. Но в этом случае из-за неизбежного расхождения часов на величину на объектах и производится измерение не истинной дальности, а псевдодальности

На рисунке пунктирной линией показано смещение линии положения на величину. Однако, задача определения МП в данном случае может быть решена при условии использования трех навигационных пунктов, как это показано на следующем рисунке, на котором сплошные линии соответствуют истинным дальностям, а пунктирные линии соответствуют псевдодальностям.

При этом истинное положение объекта находится в середине треугольника, образованного пунктирными линиями псевдодальностей.

Рисунок 11

Рисунок 12

Проектное задание

Задача. Определить, сколько точек пересечения ЛП на плоскости может быть, если радионавигационная система использует дальномерно-суммарно-дальномерный метод.

Линией положения для дальномерного метода является окружность, а линией положения для суммарно-дальномерного метода является эллипс.

Для определения возможного количества точек пересечения ЛП, следует изобразить на плоскости возможные взаимные положения окружности и эллипса. На приведенных ниже четырех приведены соответствующие положения.

Рисунок 13

Рисунок 14

Рисунок 15

Рисунок 16

Из представленных рисунков следует, что если радионавигационная система, использует дальномерно-суммарно-дальномерный метод, то линии положения могут пересекаться в одной, двух, трех и четырех точках.

Дидактические тесты рубежного контроля

Тест 1.Какой тип антенны требуется для реализации угломерного метода? Выберите правильный ответ из приведенной ниже таблицы.

Тест 2. Какой тип антенны требуется для реализации дальномерного метода? Выберите правильный ответ из приведенной ниже таблицы.

Тест 3. Какой вид имеет линия положения в разностно-дальномерной системе? Выберите правильный ответ из приведенной ниже таблицы.

Тест 4. Какой вид имеет линия положения в суммарно-дальномерной системе? Выберите правильный ответ из приведенной ниже таблицы.

Таблица ключей с правильными ответами

Таблица с ключами может быть передана студенту после выполнения тестов. Перевод результатов тестирования в оценку по пятибалльной шкале производится с помощью следующей таблицы

По совокупности измеряемых геометрических параметров системы определения местоположения источников ЭМИ подразделяются :

· на триангуляционные (угломерные, пеленгационные);

· разностно-дальномерные;

· угломерно-разностно-дальномерные.

Вид и количество измеряемых геометрических величин определяют пространственную структуру системы определения местоположения источника ЭМИ: количество пространственно разнесенных приемных пунктов сигналов источника ЭМИ и геометрию их расположения.

Триангуляционный (угломерный, пеленгационный) метод основан на определении направлений (пеленгов) на источник ЭМИ в двух точках пространства с помощью радиопеленгаторов, разнесенных на базу d (рис. 18,а).

Рис. 18. Пояснение триангуляционного метода определения местоположения источника ЭМИ на плоскости (а) и в пространстве (б)

Если источник ЭМИ располагается в горизонтальной или вертикальной плоскости, то для определения его местоположения достаточно измерить два угла азимута ц1 и ц2 (или два угла места). Местоположение источника ЭМИ определяется точкой пересечения прямых О1И и О2И - двух линий положения.

Для определения местоположения источника в пространстве измеряют углы азимута ц а1 и ц а2 в двух разнесенных точках О1 и О2 и угол места цм1 в одной из этих точек или, наоборот, углы места цм1 и цм2 в двух точках приема и угол азимута ц а1 в одной из них (рис. 18,б).

Расчетным путем может быть определена дальность от одной из приемных точек до источника по измеренным углам и известной величине базы d:

отсюда приравняем два выражения для h:

Таким образом, дальность до источника

Триангуляционный метод прост в технической реализации. Поэтому широко применяется в системах радио- и РТР, в пассивных радиолокационных разнесенных системах при обнаружении и определении координат излучающих объектов.

Существенным недостатком триангуляционного метода является то, что при увеличении количества источников ЭМИ, находящихся в зоне действия радиопеленгаторов, могут происходить ложные обнаружения несуществующих источников (рис. 19). Как видно из рис.19, наряду с определением координат трех истинных источников И1, И2 и И3 обнаруживаются и шесть ложных источников ЛИ1, …, ЛИ6. Исключить ложные обнаружения при применении триангуляционного метода можно путем получения избыточной информации о пеленгуемых источниках - увеличением количества разнесенных радиопеленгаторов или опознаванием принадлежности получаемой информации к определенному источнику. Опознавание может быть проведено при сравнении сигналов, принимаемых радиопеленгаторами, по несущей частоте, периоду следования и длительности импульсов

Рис. 19.

Дополнительную информацию об источниках получают и за счет взаимно корреляционной обработки сигналов, принимаемых в разнесенных точках пространства.

Устранение ложных обнаружений при применении триангуляционного метода возможно также за счет получения данных о разности дальностей от источника излучения до пунктов приема (пунктов расположения радиопеленгаторов). Если точка пересечения линий пеленгов не лежит на гиперболе, соответствующей разности дальностей, то она является ложной.

Разностно-дальномерный метод определения местоположения основан на измерении с помощью РЭС разности дальностей от источника ЭМИ до пунктов приема, разнесенных в пространстве на расстояние d. Местоположение источника на плоскости находится как точка пересечения двух гипербол (две разности дальностей, измеренные в трех приемных пунктах), принадлежащих различным базам А1А2, A2A3 (рис. 20). Фокусы гипербол совпадают с точками расположения пунктов приема.

Рис. 20.

Пространственное положение источников ЭМИ определяется по трем разностям дальностей, измеряемым в трех-четырех приемных пунктах. Местоположение источника - точка пересечения трех гиперболоидов вращения.

Угломерно-разностно-дальномерный метод определения местоположения предполагает измерение с помощью РЭС разности дальностей от источника ЭМИ до двух разнесенных приемных пунктов и измерение направления на источник в одном из этих пунктов.

Для определения координат источника на плоскости достаточно измерить азимут ц и разность дальностей АД от источника до точек приема. Местоположение источника определяется точкой пересечения гиперболы и прямой.

Для определения положения источника в пространстве необходимо дополнительно измерить в одной из точек приема угол места источника ЭМИ. Местоположение источника находится как точка пересечения двух плоскостей и поверхности гиперболоида.

Ошибки определения местоположения источника ЭМИ на плоскости зависят от ошибок измерения двух геометрических величин:

· двух пеленгов в триангуляционных системах;

· двух разностей дальностей в разностно-дальномерных системах;

· одного пеленга и одной разности дальностей в угломерно-разностно-дальномерных системах.

При центрированном гауссовском законе распределения ошибок определения линий положения среднеквадратическое значение ошибки определения местоположения источника:

где - дисперсии ошибок определения линий положения; r - коэффициент взаимной корреляции случайных ошибок определения линий положения Л1 и Л2; г - угол пересечения линий положения.

При независимых ошибках определения линий положения r = 0.

При триангуляционном методе определения местоположения источника

Среднеквадратическая ошибка определения местоположения

При применении идентичных радиопеленгаторов

Наибольшая точность будет при пересечении линий положения под прямым углом (г = 90°).

При оценке ошибок определения местоположения источника в пространстве необходимо рассматривать ошибки измерения трех геометрических величин. Ошибка определения местоположения зависит в этом случае от взаимной пространственной ориентации поверхностей положения. Наивысшая точность определения положения будет при пересечении нормалей к поверхностям положения под прямыми углами.