RU2307372C1 - Method for location of radio transmitter of mobile radio monitoring station - Google Patents
Method for location of radio transmitter of mobile radio monitoring station Download PDFInfo
- Publication number
- RU2307372C1 RU2307372C1 RU2006114061/09A RU2006114061A RU2307372C1 RU 2307372 C1 RU2307372 C1 RU 2307372C1 RU 2006114061/09 A RU2006114061/09 A RU 2006114061/09A RU 2006114061 A RU2006114061 A RU 2006114061A RU 2307372 C1 RU2307372 C1 RU 2307372C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radio
- radio transmitter
- bearing
- location
- measured
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиоконтроля для определения местоположения наземных источников радиоизлучения коротковолнового и ультракоротковолнового диапазона, в частности, в условиях города.The invention relates to radio engineering and can be used in radio monitoring systems to determine the location of ground-based sources of short-wave and ultra-short-wave radiation, in particular, in a city.
Известные способы определения местоположения радиопередатчика мобильной станцией радиоконтроля включают прием радиоизлучения радиопередатчика, периодическое измерение линии положения радиопередатчика и собственных координат мобильной станции радиоконтроля, накопление результатов измерений за время движения и их функциональное преобразование в координаты радиопередатчика.Known methods for determining the location of a radio transmitter by a mobile radio monitoring station include receiving radio emission from a radio transmitter, periodically measuring the position line of the radio transmitter and the own coordinates of the mobile radio monitoring station, accumulating measurement results during the movement and their functional transformation into the coordinates of the radio transmitter.
Известен способ определения местоположения источника излучения маневрирующим пеленгатором, в котором на участке равномерного движения измеряют скорость, курсовой угол пеленгатора и, в трех точках пространства, пеленги на источник излучения, а его положение относительно пеленгатора рассчитывают, решая уравнения взаимосвязи результатов измерений и координат источника излучения [1. Шаров С.Н. Оценка точности измерения параметров движения источника излучения маневрирующим пеленгатором. Информационно-управляющие системы, 2005, №2, с.39-46].There is a method of determining the location of a radiation source by a maneuvering direction finder, in which the speed, the directional angle of the direction finder and, at three points in space, the bearings on the radiation source are measured and its position relative to the direction finder is calculated by solving the equations of the relationship between the measurement results and the coordinates of the radiation source [ one. Sharov S.N. Evaluation of the accuracy of measuring the motion parameters of the radiation source with a maneuvering direction finder Management Information Systems, 2005, No. 2, pp. 39-46].
Область применения данного способа ограничена условием равномерного движения пеленгатора и нерасположения источника излучения на линии движения, когда линии пеленгов не пересекаются. К недостаткам способа следует отнести также низкую точность, обусловленную, во-первых, погрешностями измерений собственных координат пеленгатора через измерения скорости и курсового угла, во-вторых, низкой помехозащищенностью функционального преобразования на основе решения уравнений взаимосвязи измеряемых параметров и координат источника излучения.The scope of this method is limited by the condition of uniform motion of the direction finder and non-location of the radiation source on the line of motion when the lines of bearings do not intersect. The disadvantages of the method include low accuracy, due, firstly, to errors in the measurements of the own coordinates of the direction finder through measurements of velocity and heading angle, and secondly, to a low noise immunity of the functional transformation based on the solution of the equations of the relationship of the measured parameters and the coordinates of the radiation source.
Известен способ определения местоположения источника радиоизлучения, включающий прием радиосигнала в N≥3 пространственно разнесенных пунктах приема с известными координатами Хn, Yn, измерение эффективного значения напряжения принятых радиосигналов
В данном способе учитывают обратную квадратичную зависимость напряженности поля источника от расстояния до него, линии положения источника представляют собой окружности с центрами на линии движения. При соответствующей модернизации, связанной с определением собственных координат, накоплением результатов измерений и их интерпретацией, как результатов многопозиционных измерений, способ может быть использован для определения местоположения радиопередатчика мобильной станцией радиоконтроля. Недостатками способа являются: неоднозначность определения координат при движении по прямой линии (слева-справа относительно этой линии), а также низкая точность определения координат источника радиоизлучения в городских условиях, когда значительны флуктуации напряженности электромагнитного поля.In this method, the inverse quadratic dependence of the source field strength on the distance to it is taken into account, the source position lines are circles with centers on the movement line. With appropriate modernization associated with the determination of own coordinates, the accumulation of measurement results and their interpretation as the results of multi-position measurements, the method can be used to determine the location of a radio transmitter by a mobile radio monitoring station. The disadvantages of the method are: the ambiguity of determining the coordinates when moving in a straight line (left-right relative to this line), as well as the low accuracy of determining the coordinates of the source of radio emission in urban conditions, when significant fluctuations in the intensity of the electromagnetic field.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ определения местоположения радиопередатчика мобильной станцией радиоконтроля, включающий периодическое измерение курсового угла и собственных координат мобильной станции радиоконтроля, синхронно с этим прием радиоизлучения радиопередатчика и измерение пеленга на него с учетом курсового угла, расчет пеленга относительно места нахождения мобильной станции радиоконтроля на каждую точку пространства, задаваемую с шагом квантования возможных значений координат радиопередатчика, определение и накопление по совокупности всех периодов измерения для каждой точки пространства разности измеренных и расчетных значений пеленга, после не менее двух периодов измерений оценивание дисперсии разностей измеренных и расчетных значений пеленга для каждой точки пространства [3. Ашихмин А.В., Жуков А.А., Козьмин В.А., Шадрин И.А. Локализация источников радиоизлучений и измерение напряженности поля с помощью мобильной станции радиоконтроля. Спецтехника, 2003. Специальный выпуск, с.14].Closest to the proposed method in technical essence is a method for determining the location of a radio transmitter by a mobile monitoring station, including periodically measuring the heading angle and the own coordinates of the mobile monitoring station, synchronously with receiving radio emission from the radio transmitter and measuring the bearing on it taking into account the course angle, calculating the bearing relative to the location a mobile radio monitoring station for each point in space specified with a quantization step of possible values to the coordinates of the radio transmitter, the determination and accumulation of the total of all measurement periods for each space point of the difference between the measured and calculated values of the bearing, after at least two measurement periods, the estimation of the variance of the differences between the measured and calculated values of the bearing for each point of space [3. Ashikhmin A.V., Zhukov A.A., Kozmin V.A., Shadrin I.A. Localization of sources of radio emissions and measurement of field strength using a mobile radio monitoring station. Special equipment, 2003. Special issue, p.14].
В данном способе линейную зависимость фазы электромагнитного поля от расстояния используют для измерения пеленга. Линия положения радиопередатчика представляет собой луч в декартовой системе координат.In this method, the linear dependence of the phase of the electromagnetic field on distance is used to measure the bearing. The position line of the radio transmitter is a ray in a Cartesian coordinate system.
Ближайшему аналогу присущи следующие недостатки. Первый - область применения способа ограничена условием нерасположения радиопередатчика на линии и вблизи линии движения мобильной станции радиоконтроля, когда линии пеленгов на радиопередатчик не пересекаются или пересекаются под очень острым углом, соответственно возникают аномально большие ошибки определения местоположения радиопередатчика. Такое ограничение особенно существенно на начальном этапе работы при выборе дальнейшего маршрута движения мобильной станции радиоконтроля. Второй - низкая точность определения местоположения радиопередатчика в городских условиях, когда значительны погрешности пеленгования вследствие переизлучений от окружающих предметов, прежде всего зданий. Третий недостаток обусловлен определением только дисперсии разностей измеренных и расчетных значений пеленга как среднего арифметического квадратов их значений, что справедливо только при центрированном (с нулевым средним значением) распределении случайных величин. Так как пеленг величина циклическая, определен в границах интервала (±π), условие центрированности зачастую не выполняется, что ограничивает область применения способа, по крайней мере, зоной пространства, не содержащей пеленгов, вблизи указанных границ [4. Глазнев А.А, Козьмин В.А., Литвинов Г.В., Шадрин И.А. Многостанционные системы радиоконтроля и определения местоположения источников радиоизлучения. Спецтехника, 2002. Специальный выпуск, с.26].The closest analogue has the following disadvantages. The first - the scope of the method is limited by the condition that the radio transmitter is not located on the line and near the line of movement of the mobile radio monitoring station, when the bearing lines to the radio transmitter do not intersect or intersect at a very acute angle, therefore, anomalously large errors in determining the location of the radio transmitter Such a restriction is especially significant at the initial stage of work when choosing a further route for the movement of a mobile radio monitoring station. The second is the low accuracy of determining the location of a radio transmitter in urban conditions, when direction-finding errors are significant due to reradiations from surrounding objects, primarily buildings. The third drawback is due to the determination of only the variance of the differences of the measured and calculated values of the bearing as the arithmetic mean of the squares of their values, which is true only for a centered (with a zero average value) distribution of random variables. Since the bearing is a cyclic value defined within the limits of the interval (± π), the centering condition is often not satisfied, which limits the scope of the method to at least a zone of space containing no bearings near the specified boundaries [4. Glaznev A.A., Kozmin V.A., Litvinov G.V., Shadrin I.A. Multi-station radio monitoring and positioning systems of radio emission sources. Special equipment, 2002. Special issue, p.26].
Задачей данного изобретения является расширение функциональных возможностей, обеспечение области применимости способа на зоны пространства вблизи линии движения мобильной станции и вблизи границ интервала определения пеленга.The objective of the invention is to expand the functionality, ensuring the applicability of the method to zones of space near the line of movement of the mobile station and near the borders of the bearing detection interval.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, - повышение помехозащищенности и точности определения местоположения радиопередатчика, увеличение рабочей зоны.The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to increase the noise immunity and accuracy of determining the location of the radio transmitter, increase the working area.
Поставленная задача и технический результат достигаются за счет того, что в известном способе определения местоположения радиопередатчика мобильной станцией радиоконтроля, включающем периодическое измерение курсового угла и собственных координат мобильной станции радиоконтроля, синхронно с этим прием радиоизлучения радиопередатчика, измерение пеленга на него по зависимости фазы принятого радиоизлучения от расстояния, как угла между опорным направлением и направлением на радиопередатчик с учетом курсового угла и с привязкой к опорному направлению, расчет пеленга относительно места нахождения мобильной станции радиоконтроля на каждую точку пространства, задаваемую с шагом квантования возможных значений координат радиопередатчика, определение и накопление по совокупности всех периодов измерения для каждой точки пространства разности измеренных и расчетных значений пеленга, после не менее двух периодов измерений определение дисперсии разностей измеренных и расчетных значений пеленга для каждой точки пространства, согласно изобретению одновременно с измерениями пеленга на радиопередатчик дополнительно измеряют амплитуду принятого радиоизлучения радиопередатчика, которую нормируют на квадрат расстояния от каждой точки пространства до места нахождения мобильной станции радиоконтроля и накапливают по совокупности всех периодов измерений, после не менее двух периодов измерений определяют дисперсию нормированных значений амплитуды для каждой точки пространства, которую умножают на дисперсию разности измеренных и расчетных значений пеленга, получая произведение дисперсий, а местоположение радиопередатчика определяют как положение минимума этого произведения дисперсий по совокупности всех точек пространства.The problem and the technical result are achieved due to the fact that in the known method for determining the location of a radio transmitter by a mobile monitoring station, including periodically measuring the heading angle and eigen coordinates of the mobile monitoring station, simultaneously receiving radio emission from the radio transmitter, measuring the bearing on it according to the phase of the received radio emission from the distance as the angle between the reference direction and the direction to the radio transmitter taking into account the heading angle and with reference to direction, calculation of the bearing relative to the location of the mobile radio monitoring station for each point in space, specified with a quantization step of possible values of the coordinates of the radio transmitter, determination and accumulation by the totality of all measurement periods for each point in space of the difference between the measured and calculated values of the bearing, after at least two measurement periods determination of the variance of the differences between the measured and calculated values of the bearing for each point in space, according to the invention simultaneously with the measured they use the bearing to the radio transmitter to additionally measure the amplitude of the received radio emission from the radio transmitter, which is normalized to the square of the distance from each point in space to the location of the mobile radio monitoring station and accumulated from the totality of all measurement periods; after at least two measurement periods, the variance of the normalized amplitude values for each point in space is determined, which is multiplied by the variance of the difference between the measured and calculated values of the bearing, getting the product of the variances, and the location The radio transmitter position is defined as the position of the minimum of this dispersion product for the totality of all points in space.
Возможен дополнительный вариант осуществления способа, в котором целесообразно, чтобы прием радиоизлучения радиопередатчика выполняли с помощью антенн, образующих кольцевую антенную решетку, и многоканального приемного устройства, амплитуду принятого радиоизлучения и пеленг на радиопередатчик измеряют путем преобразования радиосигналов с выходов многоканального приемного устройства в угловой спектр и определения соответственно значения и положения его максимума, а дисперсию разностей измеренных и расчетных значений пеленга определяют как учетверенное среднее арифметическое значение квадрата синуса их половинных значений.An additional embodiment of the method is possible, in which it is advisable that the radio emission of the radio transmitter is performed using antennas forming a ring antenna array and a multichannel receiver, the amplitude of the received radio emission and bearings on the radio transmitter is measured by converting the radio signals from the outputs of the multichannel receiver into the angular spectrum and determining accordingly, the values and positions of its maximum, and the variance of the differences between the measured and calculated values of the bearing defined as the quadruple arithmetic mean value of the square of the sine of half the value.
Предложенный способ отличается от известного наличием новых действий над радиосигналами, условиями и порядком их выполнения, а именно:The proposed method differs from the known by the presence of new actions on radio signals, the conditions and the order of their implementation, namely:
- одновременно с измерением пеленга на радиопередатчик дополнительно измеряют амплитуду принятого радиоизлучения, которую нормируют на квадрат расстояния от каждой точки пространства до места нахождения мобильной станции радиоконтроля и накапливают по совокупности всех периодов измерения;- simultaneously with the measurement of the bearing to the radio transmitter, the amplitude of the received radio emission is additionally measured, which is normalized to the square of the distance from each point in space to the location of the mobile radio monitoring station and is accumulated for all the measurement periods;
- после не менее двух периодов измерений оценивают дисперсию нормированных значений амплитуды для каждой точки пространства;- after at least two measurement periods, the variance of the normalized amplitude values for each point in space is evaluated;
- умножают дисперсию нормированных значений амплитуды на дисперсию разности измеренных и расчетных значений пеленга,- multiply the variance of the normalized amplitude values by the variance of the difference between the measured and calculated values of the bearing,
- местоположение радиопередатчика определяют как положение минимума произведения дисперсий.- the location of the radio transmitter is defined as the minimum position of the product of dispersions.
Кроме того, прием радиоизлучения радиопередатчика выполняют с помощью специальных средств: антенн, образующих кольцевую антенную решетку, и многоканального приемного устройства;In addition, the reception of radio emission from a radio transmitter is performed using special means: antennas forming an annular antenna array, and a multi-channel receiving device;
- амплитуду принятого радиоизлучения и пеленг на радиопередатчик измеряют совместно путем преобразования радиосигналов с выходов многоканального приемного устройства в угловой спектр и определения соответственно значения и положения его максимума;- the amplitude of the received radio emission and bearings on the radio transmitter is measured together by converting the radio signals from the outputs of the multi-channel receiving device into the angular spectrum and determining, respectively, the value and position of its maximum;
- дисперсию разностей измеренных и расчетных значений пеленга определяют с учетом циклического характера этих величин как учетверенное среднее арифметическое значение квадрата синуса их половинных значений.- the variance of the differences between the measured and calculated values of the bearing is determined taking into account the cyclical nature of these quantities as the quadruple arithmetic mean of the square of the sine of their half values.
При изучении других известных технических решений в данной области техники указанная совокупность признаков, отличающая изобретение от ближайшего аналога, не выявлена.In the study of other known technical solutions in the art, the specified set of features that distinguish the invention from the closest analogue has not been identified.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются вариантом его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.These advantages, as well as features of the present invention are illustrated by a variant of its implementation with reference to the accompanying drawings.
Фиг.1 изображает структурную схему мобильной станции радиоконтроля для реализации заявленного способа;Figure 1 depicts a structural diagram of a mobile radio monitoring station for implementing the claimed method;
Фиг.2 - пример функции пространственной неопределенности;Figure 2 is an example of a spatial uncertainty function;
Фиг.3 - результаты контрольного определения координат радиопередатчика в городе. Крупными точками на фиг.3 показаны места расположения мобильной станции радиоконтроля, кружком - истинное местоположение радиопередатчика, точкой - оценка местоположения радиопередатчика, тонкой линией - общий маршрут движения мобильной станции радиоконтроля.Figure 3 - the results of the control determination of the coordinates of the radio transmitter in the city. The large dots in Fig. 3 show the locations of the mobile radio monitoring station, the circle indicates the true location of the radio transmitter, the dot indicates the location of the radio transmitter, and the thin line shows the general route of the mobile radio monitoring station.
Идея решения поставленной технической задачи состоит в учете совокупности параметров электромагнитного поля, различным образом зависящих от расстояния до радиопередатчика: линейной зависимости фазы и обратной квадратичной зависимости амплитуды. При этом раздельное определение местоположения радиопередатчика известными [2, 3] способами, учитывающими каждый только одну из указанных закономерностей, и объединение результатов, например, путем усреднения оценок, не устраняет имеющегося технического противоречия. Более того, возникают дополнительные трудности, связанные с установкой весовых коэффициентов при усреднении оценок координат, получаемых различными способами. Эти коэффициенты сложным образом зависят от положения радиопередатчика, погрешностей измерений параметров радиосигналов.The idea of solving the technical problem posed is to take into account the totality of the electromagnetic field parameters, which in various ways depend on the distance to the radio transmitter: the linear phase dependence and the inverse quadratic amplitude dependence. In this case, separate determination of the location of the radio transmitter by methods known in [2, 3], taking into account each of only one of the indicated patterns, and combining the results, for example, by averaging the estimates, does not eliminate the existing technical contradiction. Moreover, additional difficulties arise associated with the installation of weighting factors when averaging coordinate estimates obtained in various ways. These coefficients in a complex way depend on the position of the radio transmitter, the measurement errors of the parameters of the radio signals.
В предлагаемом способе, как и в ближайшем аналоге [3], линейная зависимость фазы используется для измерения пеленга на радиопередатчик (путем преобразования радиосигналов с выходов многоканального приемного устройства в угловой спектр и определения положения его максимума). Но не только. Эта же закономерность используется для одновременного измерения амплитуды принятого радиоизлучения (значение максимума углового спектра). Таким образом, операция "измерение амплитуды принятого радиоизлучения" выполняется в заявленном способе в направлении на радиопередатчик. Эта операция существенно отличается от аналогичной, реализуемой, например, в способе [2], в котором производят "измерение эффективного значения напряжения принятых радиосигналов". Принят и иной вариант нормировки измеренных значений на квадрат расстояния: путем умножения, а не деления, как в [2]. Операция "измерение эффективного значения напряжения принятых радиосигналов" принципиально осуществляется в ближайшем аналоге с применением всенаправленного приема. Предлагаемое же в заявленном способе использование направленного приема при измерении амплитуды принятого радиоизлучения, например, с использованием кольцевой антенной решетки повышает помехозащищенность и точность измерений, особенно в условиях многолучевого распространения радиоволн.In the proposed method, as well as in the closest analogue [3], the linear phase dependence is used to measure the bearing on the radio transmitter (by converting the radio signals from the outputs of the multi-channel receiver into the angular spectrum and determining the position of its maximum). But not only. The same pattern is used to simultaneously measure the amplitude of the received radio emission (the maximum value of the angular spectrum). Thus, the operation "measuring the amplitude of the received radio emission" is performed in the inventive method in the direction of the radio transmitter. This operation differs significantly from the analogous one, implemented, for example, in the method [2], in which the "measurement of the effective voltage value of the received radio signals" is performed. Another variant of normalizing the measured values to the square of the distance was adopted: by multiplying, rather than dividing, as in [2]. The operation "measuring the effective voltage value of the received radio signals" is fundamentally carried out in the closest analogue using omnidirectional reception. The proposed method in the claimed method uses directional reception when measuring the amplitude of the received radio emission, for example, using a ring antenna array increases the noise immunity and accuracy of measurements, especially in conditions of multipath propagation of radio waves.
Амплитуда принятого радиоизлучения обратно пропорциональна квадрату расстояния до радиопередатчика. Тогда нормировка (умножение) амплитуды на квадрат расстояния в отсутствии погрешностей измерений обеспечивает в точке истинных координат радиопередатчика постоянство нормированных значений амплитуды, измеренных в различных местах нахождения мобильной станции радиоконтроля. Следовательно, в точке пространства, соответствующей местоположению радиопередатчика, дисперсия нормированных значений амплитуды (постоянной величины) равна нулю, как и дисперсия разностей измеренных и расчетных значений пеленга. Соответственно и произведение дисперсий имеет минимум в точке истинных координат. Необходимость определения интегрального показателя эффективности в виде произведения дисперсий подтверждается и результатами статистического синтеза для модели неизвестных значений дисперсии, некоррелированных погрешностей измерений пеленгов и амплитуд. Отметим, что в способе-аналоге [2] определяется максимум "функции пространственной неопределенности", что противоречит результатам синтеза и не позволяет использовать результат максимизации в предлагаемом способе. При определении дисперсии разности истинного и измеренного значения пеленга цикличность пеленга учитывается тригонометрическим преобразованием (синус полуразности), что устраняет смещенность соответствующих оценок и снимает ограничение на применение способа вблизи границ интервала определения пеленга.The amplitude of the received radio emission is inversely proportional to the square of the distance to the radio transmitter. Then, normalization (multiplication) of the amplitude by the square of the distance in the absence of measurement errors ensures the constancy of the normalized values of the amplitude measured at different locations of the mobile radio monitoring station at the point of the true coordinates of the radio transmitter. Therefore, at the point in space corresponding to the location of the radio transmitter, the variance of the normalized values of the amplitude (constant value) is zero, as well as the variance of the differences of the measured and calculated values of the bearing. Accordingly, the product of dispersions has a minimum at the point of true coordinates. The need to determine the integral efficiency indicator in the form of the product of variances is also confirmed by the results of statistical synthesis for the model of unknown variance values, uncorrelated measurement errors of bearings and amplitudes. Note that in the analogue method [2] the maximum of the “spatial uncertainty function” is determined, which contradicts the synthesis results and does not allow the maximization result to be used in the proposed method. When determining the variance of the difference between the true and measured value of the bearing, the cyclicity of the bearing is taken into account by trigonometric transformation (sine half-difference), which eliminates the bias of the corresponding estimates and removes the restriction on the application of the method near the boundaries of the bearing determination interval.
По причине различия физических факторов, обуславливающих недостатки известных способов, интегральный учет совокупности параметров электромагнитного поля, различным образом зависящих от расстояния, в соответствии с предложенными новыми действиями над радиосигналами, условиями и порядком их выполнения, позволяет расширить область применимости способа и повысить точность определения местоположения радиопередатчика.Due to the difference in physical factors that cause the disadvantages of the known methods, the integrated accounting of the totality of the electromagnetic field parameters, variously depending on the distance, in accordance with the proposed new actions on the radio signals, the conditions and the order of their implementation, allows to expand the scope of the method and improve the accuracy of determining the location of the radio transmitter .
Поскольку заявленный способ может быть реализован при использовании соответствующей мобильной станции, то далее описывается характерный состав функциональных элементов такой станции.Since the claimed method can be implemented using the appropriate mobile station, the following describes the characteristic composition of the functional elements of such a station.
Мобильная станция радиоконтроля (фиг.1), реализующая предложенный спосо6, содержит пеленгатор 1, навигационную систему 2, запоминающее устройство 3, вычитатель 4, блок нормировки 5, блок преобразования координат 6, блок оценки дисперсии пеленга 7, блок оценки дисперсии амплитуды 8, умножитель 9 и блок определения минимума 10.The mobile radio monitoring station (Fig. 1) that implements the proposed method 6 comprises a
Первый выход пеленгатора 1, вычитатель 2 через первый вход, блок оценки дисперсии пеленга 7, умножитель 9 через первый вход и блок определения минимума 10 соединены последовательно. С входом пеленгатора 1 соединен первый выход навигационной системы 2, второй выход которой подключен к первому входу блока преобразования координат 6, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства 3. Второй выход пеленгатора 1 подключен к первому входу блока нормировки, второй вход которого соединен со вторым выходом блока преобразования координат 6, первый выход которого подключен ко второму входу вычитателя 4. Выход блока нормировки 5 соединен с входом блока оценки дисперсии амплитуды 8, выход которого подключен ко второму входу умножителя 9. Выходом мобильной станции радиоконтроля является выход блока определения минимума 10.The first output of the
Указанные элементы содержатся, например, в составе мобильной станции радиоконтроля "Аргумент" [3. с.9-11]: пеленгатор 1 и навигационная система 2 - непосредственно, а другие элементы могут быть введены в составе вычислительной системы станции. Прием радиоизлучения радиопередатчика выполняют с помощью девяти антенн пеленгатора 1, образующих кольцевую эквидистантную антенную решетку, и многоканального приемного устройства. Амплитуду принятого радиоизлучения и пеленг на радиопередатчик измеряют путем преобразования радиосигналов с выходов многоканального приемного устройства в угловой спектр и определения соответственно значения и положения его максимума. При приеме радиоизлучения с направления на радиопередатчик в результате фазирования радиосигналов антенн и последующего суммирования при преобразовании в угловой спектр амплитуда принятого радиоизлучения относительно одиночного приема увеличивается пропорционально числу антенн, ослабляясь в других направлениях приема в зависимости от углового расстояния, соотношения длины волны и радиуса антенной решетки, что повышает помехозащищенность и точность измерений.These elements are contained, for example, in the composition of the mobile monitoring station "Argument" [3. p. 9-11]:
С первого выхода пеленгатора 1 поступают измеренные значения пеленга, а со второго - амплитуды принятого радиоизлучения. Пеленг, как угол между опорным направлением и направлением на радиопередатчик, измеряют с учетом курсового угла, с привязкой к опорному направлению (например, на Север). Отсчет пеленга осуществляют от оси ординат (у) декартовой системы координат по часовой стрелке. Значения пеленга определяют с учетом курсового угла мобильной станции радиоконтроля, поступающего с первого выхода навигационной системы 2, по ее второму выходу снимают значения собственных координат мобильной станции радиоконтроля. Измерения в пеленгаторе 1 и навигационной системе 2 выполняют синхронно, период измерений определяется быстродействием данных блоков. Перед началом работы в запоминающее устройство 3 заносят координаты точек пространства в пределах возможной зоны нахождения радиопередатчика. Координаты точек пространства определяют аналогично принятому в [2], то есть путем квантования возможных значений координат радиопередатчика, с шагом, определяемым допустимой погрешностью определения местоположения. С учетом крутизны последующих преобразований (см. фиг.2) максимальное значение шага квантования практически не должно превышать величины 0,5 км. В типовых условиях применения мобильной станции радиоконтроля общее число точек пространства в зоне 10×10 км и допустимой погрешности 100 м составляет порядка 104.From the first output of the
Принцип последующего функционирования мобильной станции радиоконтроля, в которой реализуется предложенный способ, состоит в следующем.The principle of the subsequent operation of the mobile radio monitoring station in which the proposed method is implemented is as follows.
В процессе движения с помощью навигационной системы 2 периодически измеряют курсовой угол и собственные координаты мобильной станции радиоконтроля (Хn, Yn), где n=1, 2, ..., N - номер периода измерений, N - общее число периодов измерений. Одновременно радиоизлучение радиопередатчика принимают с помощью антенн и приемных устройств пеленгатора 1, измеряют пеленг на источник
Амплитуду принятого радиоизлучения и пеленг на радиопередатчик измеряют совместно путем преобразования радиосигналов с выходов многоканального приемного устройства в угловой спектр и определения соответственно значения и положения его максимума. Угловой спектр характеризует распределение уровня радиоизлучения радиопередатчика в точке приема по возможным направлениям на радиопередатчик. Преобразование радиосигналов с выходов многоканального приемного устройства в угловой спектр осуществляют путем компенсирующего изменения их фаз на величину набегов фаз от каждого возможного местоположения радиопередатчика (точки пространства с координатами (х, у)) до соответствующей антенны, последующего когерентного суммирования и определения амплитуды суммарного радиосигнала. По совокупности измеренных значений амплитуды суммарного радиосигнала определяют максимальное значение (измеренная амплитуда принятого радиоизлучения) и направление на соответствующую точку пространства (измеренный пеленг на радиопередатчик),The amplitude of the received radio emission and the bearing to the radio transmitter is measured together by converting the radio signals from the outputs of the multi-channel receiver into the angular spectrum and determining, respectively, the value and position of its maximum. The angular spectrum characterizes the distribution of the radio emission level of the radio transmitter at the receiving point in possible directions to the radio transmitter. The conversion of the radio signals from the outputs of the multichannel receiver into the angular spectrum is carried out by compensating for the change in their phases by the phase incursions from each possible location of the radio transmitter (space points with coordinates (x, y)) to the corresponding antenna, followed by coherent summation and determination of the amplitude of the total radio signal. From the totality of the measured values of the amplitude of the total radio signal, the maximum value (measured amplitude of the received radio emission) and the direction to the corresponding point in space (measured bearing to the radio transmitter) are determined,
Измерения сопровождаются погрешностями. При проведении замеров через расстояние, превышающее половину длины волны излучения радиопередатчика, измеренные значения амплитуды являются случайными независимыми величинами, а их среднее значение обратно пропорционально квадрату расстояния
где х0, у0 - истинные координаты радиопередатчика.where x0, y0 are the true coordinates of the radio transmitter.
Параметр μ определяется совокупностью в том числе случайных факторов: мощностью радиопередатчика, углом наклона, действующей высотой и высотой поднятия его антенны, высотой, на которой производится прием радиоизлучения от радиопередатчика, длиной волны излучения радиопередатчика, параметрами подстилающей поверхности и затенений на трассе распространения радиоволн. Дисперсия измеренных значений амплитуды зависит от дисперсии
Измеренные значения пеленга также случайны, плотность вероятности их распределения можно аппроксимировать циклическим аналогом нормального закона распределенияThe measured values of the bearing are also random; the probability density of their distribution can be approximated by a cyclic analog of the normal distribution law
где π=3,14..., θ0n - истинное значение пеленга на радиопередатчик из n-й точки расположения мобильной станции радиоконтроля,
При неизвестных среднем значении и дисперсии параметра μ, а также дисперсии измеренных пеленгов статистически оптимальная обработка совокупности независимых результатов измерений включает операции оценки неизвестной дисперсии соответствующих измерений, получение функции пространственной неопределенности в виде произведения этих оценок с последующим определением положения ее минимума. Указанные операции реализуются следующим образом.For unknown average value and variance of the parameter μ, as well as the variance of the measured bearings, the statistically optimal processing of the set of independent measurement results includes the operations of estimating the unknown variance of the corresponding measurements, obtaining the spatial uncertainty function in the form of a product of these estimates, followed by determining the position of its minimum. These operations are implemented as follows.
Результаты измерения собственных координат мобильной станции радиоконтроля со второго выхода навигационной системы 2 поступают на первый вход блока преобразования координат 6. В блоке 6 рассчитывают пеленг θn из места нахождения станции (Хn, Yn) на каждую точку пространства с координатами (х, у), поступающими с выхода запоминающего устройства 3, и квадрат расстояния от мобильной станции радиоконтроля до точки пространстваThe results of measuring the own coordinates of the mobile radio monitoring station from the second output of the navigation system 2 are received at the first input of the coordinate transformation unit 6. In block 6, the bearing θ n from the station location (X n , Y n ) is calculated for each point in space with coordinates (x, y ) coming from the output of the storage device 3, and the square of the distance from the mobile radio monitoring station to the point in space
В вычитателе 4 по результатам каждого измерения пеленга для каждой точки пространства определяют разности измеренного и расчетных значений пеленгаIn subtracter 4, according to the results of each bearing measurement, for each point in space, the differences between the measured and calculated values of the bearing are determined
Одновременно в блоке нормировки 5 измеренную амплитуду принятого радиоизлучения нормируют на квадрат расстояния от каждой точки пространства до места нахождения мобильной станции радиоконтроляAt the same time, in the
Полученные (6), (7) результаты поступают на блоки оценки дисперсии пеленга 7 и амплитуды 8 соответственно, где их накапливают.The results obtained (6), (7) are sent to the blocks for estimating the dispersion of bearing 7 and amplitude 8, respectively, where they are accumulated.
В блоке 7 оценки дисперсии пеленга для каждой точки пространства определяют квадрат синуса половинных значений измеренного и расчетных значений пеленга, результаты преобразования накапливают рекуррентным методомIn block 7 of the estimation of the bearing variance for each point in space, the square of the sine of half the measured and calculated values of the bearing is determined, the conversion results are accumulated by the recursive method
где S1N-1(х, у), S1N(х, у) - соответственно результаты накопления разности измеренных и расчетных значений пеленга на предшествующем (N-1) и текущем (N) периоде измерения для точки пространства с координатами (х, у).where S1 N-1 (x, y), S1 N (x, y) are, respectively, the results of the accumulation of the difference between the measured and calculated values of the bearing in the previous (N-1) and current (N) measurement period for a space point with coordinates (x, y).
Аналогично в блоке 8 оценки дисперсии амплитуды накапливают нормированные значения амплитуды в первой степени и их квадратыSimilarly, in block 8 of the estimation of the variance of the amplitude accumulate the normalized values of the amplitude in the first degree and their squares
где S2N-1(х, у), S2N(х, у) и S3N-1(х, у), S3N(х, у) - соответственно результаты накопления нормированных значений амплитуды и их квадратов на предшествующем (N-1) и текущем (N) периоде измерения для точки пространства с координатами (х, у).where S2 N-1 (x, y), S2 N (x, y) and S3 N-1 (x, y), S3 N (x, y) are, respectively, the results of the accumulation of normalized values of the amplitude and their squares on the previous (N -1) and the current (N) measurement period for a space point with coordinates (x, y).
Операции (8)-(10) накопления выполняют при нулевых начальных условиях, то есть S10(х, у)=S20(х, у)=S30(х, у)=0. Для хранения результатов накопления в каждой из 104 точек пространства достаточен объем запоминающих устройств 3·104, что не вызывает затруднений при практической реализации на современной цифровой элементной базе.The accumulation operations (8) - (10) are performed under zero initial conditions, i.e., S1 0 (x, y) = S2 0 (x, y) = S3 0 (x, y) = 0. For storing the results of accumulation in each of 10 4 points of space, the volume of memory devices 3 · 10 4 is sufficient, which does not cause difficulties in practical implementation on a modern digital element base.
После второго и последующих периодов измерений и завершения операций накопления для каждой точки пространства с координатами (х, у), в предположении, что радиопередатчик находится в этой точке пространства, по совокупности для этой точки пространства всех разностей измеренных и расчетных значений пеленга определяют дисперсию этих разностейAfter the second and subsequent periods of measurements and completion of the accumulation operations for each point in space with coordinates (x, y), assuming that the radio transmitter is located at this point in space, the dispersion of these differences is determined from the totality for this space point of all the differences of the measured and calculated values of the bearing
и дисперсию нормированных значений амплитудыand variance of normalized amplitude values
Формулы (11), (12) в математическом плане эквивалентны следующим:Formulas (11), (12) are mathematically equivalent to the following:
Однако для получения оценок дисперсии (11), (12) рекуррентным методом не требуется хранить все предшествующие значения разности измеренных и расчетных значений пеленга
Таким образом, дисперсию разностей измеренных и расчетных значений пеленга определяют как учетверенное среднее арифметическое значение квадрата синуса их половинных значений (13), а дисперсию нормированных значений амплитуды как среднее арифметическое квадрата их центрированных значений (14) по совокупности соответственно всех разностей измеренных и расчетных значений пеленга и нормированных значений амплитуды в каждой точке пространства.Thus, the variance of the differences between the measured and calculated values of the bearing is determined as the quadruple arithmetic mean of the square of the sine of their half values (13), and the variance of the normalized values of the amplitude as the arithmetic mean of the square of their centered values (14) from the combination of all the differences of the measured and calculated values of the bearing and normalized values of the amplitude at each point in space.
В умножителе 9 дисперсии (13), (14) для каждой точки пространства перемножают с получением функции пространственной неопределенности видаIn the multiplier 9, the variances (13), (14) are multiplied for each point in space to obtain a spatial uncertainty function of the form
Пример такой функции пространственной неопределенности приведен на фиг.2, ее минимум находится в окрестности истинных координат радиопередатчика. Для определения местоположения радиопередатчика на заключительной стадии в блоке 10 определяют положение минимума функции пространственной неопределенности (произведения оценки дисперсии нормированных значений амплитуды на оценку дисперсии разности измеренных и расчетных значений пеленга), то есть такую точку, в которойAn example of such a spatial uncertainty function is shown in FIG. 2; its minimum is in the vicinity of the true coordinates of the radio transmitter. To determine the location of the radio transmitter at the final stage in block 10, the minimum position of the spatial uncertainty function is determined (the product of the variance of the normalized amplitude values and the variance of the difference between the measured and calculated bearing values), that is, the point at which
При поступлении данных очередного измерения указанные операции циклически повторяют, таким образом, в процессе движения мобильной станции радиоконтроля непрерывно уточняют местоположение радиопередатчика.Upon receipt of the data of the next measurement, these operations are cyclically repeated, thus, during the movement of the mobile radio monitoring station, the location of the radio transmitter is continuously updated.
Эффективность изобретения выражается в расширении области применимости способа и повышении точности определения местоположения источника радиоизлучения.The effectiveness of the invention is expressed in expanding the field of applicability of the method and improving the accuracy of determining the location of the source of radio emission.
Количественная оценка выполнена на основе прямых измерений в условиях города при движении по маршруту, показанному на фиг.3 тонкой линией. Измерения выполнены с применением комплекта аппаратуры мобильной станции радиоконтроля "Аргумент". Контрольный радиопередатчик мощностью 5 ватт располагался в комнате на пятом этаже восьмиэтажного административного здания. Несущая частота излучения варьировалась в диапазоне 100-450 МГц. Измерения производились с периодичностью 0,1 с. В результате исследований установлено следующее. Применение предлагаемого способа обеспечивает определение местоположения радиопередатчика в областях пространства вблизи линии движения мобильной станции радиоконтроля и вблизи границ интервала определения пеленга. Приведенный на фиг.3 пример соответствует варианту начала движения, когда измерения (места измерений выделены крупными точками) выполнены при расположении мобильной станции радиоконтроля примерно на прямой линии, вне зоны применимости способа, реализованного в ближайшем аналоге. Тем не менее, измеренные значения координат предлагаемым способом достаточно близки к истинному положению радиопередатчика. Наибольший эффект от применения предлагаемого способа наблюдается на участках, когда мобильная станция радиоконтроля перемещается вблизи источника радиоизлучения и в районах со сложными условиями распространения радиоволн, например, на перекрестках улиц с контактными электросетями, когда устойчивое пеленгование затруднено. Интегральное, по совокупности точек всего маршрута, повышение точности определения координат составило величину около 20% относительно способа, реализованного в ближайшем аналоге, при увеличении на 35% площади зоны, в пределах которой линейная средняя квадратичная погрешность определения местоположения радиопередатчика не превышает 100 м. Наивысшие точности естественно достигаются при движении мобильной станции вокруг радиопередатчика примерно по окружности.A quantitative assessment was made on the basis of direct measurements in the conditions of the city when moving along the route shown in Fig. 3 by a thin line. The measurements were performed using the set of equipment of the Argument radio monitoring mobile station. A 5-watt control radio transmitter was located in a room on the fifth floor of an eight-story administrative building. The carrier frequency of the radiation ranged from 100-450 MHz. Measurements were made with a frequency of 0.1 s. As a result of research, the following was established. The application of the proposed method provides the location of the radio transmitter in areas of space near the line of movement of the mobile radio monitoring station and near the boundaries of the bearing detection interval. The example shown in Fig. 3 corresponds to a variant of the start of movement when measurements (measurement points are highlighted by large dots) were made when the mobile monitoring station was located approximately on a straight line, outside the zone of applicability of the method implemented in the closest analogue. However, the measured coordinate values of the proposed method are quite close to the true position of the radio transmitter. The greatest effect of the application of the proposed method is observed in areas where a mobile radio monitoring station moves near a source of radio emission and in areas with difficult propagation of radio waves, for example, at street intersections with contact power networks, when stable direction finding is difficult. The integral, by the totality of the points of the entire route, increase in the accuracy of determining the coordinates was about 20% relative to the method implemented in the closest analogue, with a 35% increase in the area of the zone within which the linear mean square error of determining the location of the radio transmitter does not exceed 100 m. Highest accuracy are naturally achieved when the mobile station moves around the radio transmitter around the circumference.
Наиболее успешно заявленный способ определения местоположения радиопередатчика мобильной станцией радиоконтроля промышленно применим для нахождения местоположения наземных источников радиоизлучения коротковолнового и ультракоротковолнового диапазона в городских условиях.The most successfully claimed method for determining the location of a radio transmitter by a mobile radio monitoring station is industrially applicable for locating the location of terrestrial sources of short-wave and ultra-short-wave radiation in urban conditions.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006114061/09A RU2307372C1 (en) | 2006-04-26 | 2006-04-26 | Method for location of radio transmitter of mobile radio monitoring station |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006114061/09A RU2307372C1 (en) | 2006-04-26 | 2006-04-26 | Method for location of radio transmitter of mobile radio monitoring station |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2307372C1 true RU2307372C1 (en) | 2007-09-27 |
Family
ID=38954294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006114061/09A RU2307372C1 (en) | 2006-04-26 | 2006-04-26 | Method for location of radio transmitter of mobile radio monitoring station |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2307372C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467344C1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана" | Method of determining bearings and amplitude of signal from radio source using direction finder with non-synchronised channels |
| RU2490661C1 (en) * | 2012-03-06 | 2013-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining coordinates of short-wave radio-frequency source |
| CN104316900A (en) * | 2014-11-11 | 2015-01-28 | 成都点阵科技有限公司 | Aerial radio monitoring intelligent robot |
| RU2764149C1 (en) * | 2021-06-24 | 2022-01-13 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Angle-correlation method for determining the location of ground-based sources of radio emission |
| RU2815379C1 (en) * | 2023-03-06 | 2024-03-13 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Mobile direction finder |
-
2006
- 2006-04-26 RU RU2006114061/09A patent/RU2307372C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АШИХМИН А.В. и др. Локализация источников радиоизлучений и измерение напряженности поля с помощью мобильной станции радиоконтроля. Спецтехника, 2003, специальный выпуск, с.14. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467344C1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана" | Method of determining bearings and amplitude of signal from radio source using direction finder with non-synchronised channels |
| RU2490661C1 (en) * | 2012-03-06 | 2013-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining coordinates of short-wave radio-frequency source |
| CN104316900A (en) * | 2014-11-11 | 2015-01-28 | 成都点阵科技有限公司 | Aerial radio monitoring intelligent robot |
| CN104316900B (en) * | 2014-11-11 | 2017-02-15 | 成都点阵科技有限公司 | Aerial radio monitoring intelligent robot |
| RU2764149C1 (en) * | 2021-06-24 | 2022-01-13 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Angle-correlation method for determining the location of ground-based sources of radio emission |
| RU2815379C1 (en) * | 2023-03-06 | 2024-03-13 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Mobile direction finder |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10057873B2 (en) | Determining emitter locations | |
| US6456956B1 (en) | Algorithm for selectively suppressing NLOS signals in location estimation | |
| US8504322B2 (en) | Likelihood map system for localizing an emitter | |
| RU2444755C1 (en) | Method for detection and spatial localisation of air objects | |
| CN108462545B (en) | Ionosphere foF based on single receiving station2Parameter reconstruction method | |
| CN110954865A (en) | Short wave time difference positioning method based on ionosphere information | |
| Toth et al. | Positioning slow-moving platforms by UWB technology in GPS-challenged areas | |
| RU2307372C1 (en) | Method for location of radio transmitter of mobile radio monitoring station | |
| RU2529355C2 (en) | Method of determining spatial distribution of ionospheric inhomogeneities | |
| CN106842191B (en) | A kind of acquisition methods of Ionospheric Parameters | |
| RU2661357C1 (en) | Method of reviewing passive single-positive monopulse triple-oriented angular-differential-doppler locations of moving in space of the radio-emitting objects | |
| RU2506605C2 (en) | Ranging method and device to determine coordinates of radiation source | |
| RU2275649C2 (en) | Method and passive radar for determination of location of radio-frequency radiation sources | |
| CN109521418B (en) | Foundation radar angle measurement method based on interference field | |
| RU2613369C1 (en) | Method of aircraft navigation using high-precision single-phase direction finder and address-respond packet digital radio link in decameter waves range | |
| RU2496118C2 (en) | Method of identifying radio signals of controlled object and determining position of source | |
| RU2316784C1 (en) | Method for determining position of a transmitter by means of mobile direction-finder | |
| Vaščák et al. | Radio beacons in indoor navigation | |
| Fu et al. | A low SNR and fast passive location algorithm based on virtual time reversal | |
| Sharp et al. | Indoor wifi positioning | |
| RU2711341C1 (en) | Two-dimensional direction finding method | |
| Fokin et al. | Model for 5G UDN Positioning System Topology Search Using Dilution of Precision Criterion | |
| RU2667484C1 (en) | Method for determining the trajectory of movement of low-flying targets | |
| Lipka et al. | On the needlessness of signal bandwidth for precise holographic wireless localization | |
| RU2614035C1 (en) | One-stage method of decameter range radiation sources direction finding using phased antenna array consisting of mutually orthogonal symmetric horizontal dipoles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200427 |