[1]Изобретение относится к области пассивной радиолокации и может быть использовано в комплексах, определяющих параметры движения беззапросным методом, а также в системах, использующих сигналы спутниковых радионавигационных систем (СРНС).
[2]Известен способ определения дальности до источника радиоизлучения и скорости сближения летательного аппарата с ним, заключающийся в том, что в момент времени t1 принимают радиосигналы от источника радиоизлучений (ИРИ) и измеряют значения углов поворота антенны в горизонтальной φаг и вертикальной φав плоскостях, по принятым радиосигналам и измеренным значениям углов поворота антенны оценивают значения углов пеленга ИРИ φг,φв и угловых скоростей его линии визирования ωг, ωв в двух упомянутых плоскостях, по оцененным значениям углов пеленга ИРИ и угловых скоростей его линии визирования вычисляют экстраполированные значения углов пеленга ИРИ φэг и φЭВ на следующий такт обработки сигналов, по экстраполированным значениям углов пеленга ИРИ φэг и φЭВ и значениям углов поворота антенны φаг и φав формируют сигналы для управления антенной, по которым ее устанавливают в направлении на ИРИ, измеряют частоту повторения импульсов Fп принятых радиосигналов, и если частота повторения импульсов Fп принятых радиосигналов низкая или средняя, то в момент времени t2=t1+Δt , где Δt - временной интервал обработки измерений, измеряют значения углов поворота антенны в горизонтальной φaг и вертикальной φав плоскостях, а также скорость V летательного аппарата и снова принимают радиосигналы от ИРИ, по принятым радиосигналам и измеренным значениям углов поворота антенны оценивают значения углов пеленга ИРИ φг, φв и угловых скоростей линии визирования ωг, ωв в соответствующих плоскостях, измеряют значение скорости V летательного аппарата, вычисляют дальность Д до ИРИ по формуле
[3]
[4]Оцененные значения углов пеленга ИРИ φг, φв, угловых скоростей линии визирования ωг, ωв и дальности Д выдают потребителям информации, а если частота повторения импульсов Fп принятых радиосигналов высокая, то измеряют максимальное Тмакс и минимальное Тмин значения периода повторения импульсов принятых радиосигналов, а также длительность цикла Тц изменения периода повторения этих импульсов, вычисляют дальность до ИРИ Д и скорость сближения с ИРИ Vсб по формулам
[5]
[6]
[7]где С - скорость распространения электромагнитных волн, а символ INT означает операцию округления до целого полученного в фигурных скобках числа, вычисленные значения дальности Д и скорости сближения Vсб фильтруют, формируя их оцененные значения Д/ и V/сб, оцененные значения углов пеленга ИРИ φг, φв, угловых скоростей линии визирования ωг, ωв, дальности Д/ и скорости сближения V/сб выдают потребителям информации, затем вышеописанный процесс повторяют (патент Российской Федерации 2251709, МПК G01S 13/42).
[8]Недостатком известного способа является относительная сложность и необходимость временного интервала для определения дальности. Однако самым существенным недостатком является низкая точность определения.
[9]В качестве прототипа принят способ оценки текущих координат источника радиоизлучения, заключающийся в приеме излученного целью радиосигнала каждым из М+1 элементов эквидистантной линейной антенной решетки (АР), расположенных друг относительно друга на расстоянии половины длины волны λ0 источника излучения, усилении его в каждом приемном канале, измерении частоты f принятого сигнала, формировании с помощью фазометров сигналов, пропорциональных разности фаз сигналов в центральном и каждом из приемных каналов, определении направления прихода сигнала γs1, получении сигналов, пропорциональных разности разностей фаз Δφ симметричных относительно центрального приемных каналов, дополнительном усилении этих сигналов в квадрат порядкового номера симметричных каналов раз, суммировании полученных сигналов и расчете по формуле дальности до источника излучения, осуществлении попарного выноса с каждого края АР N/2 антенных элементов, где N много меньше М, и приблизительно равномерно их располагают на продольной оси АР в пределах зоны Френеля i-x не вынесенных элементов, где i=0, 1,…, (М-N)/2, определяют дальность и угловое положение вынесенных элементов, рассчитывают по измеренным координатам точки привязки вынесенных элементов к продольной оси АР и таким образом определяют их порядковые номера jn, осуществляют фазирование каналов n-х вынесенных антенных элементов, где n=0, 1, … , N/2, предварительно оценивают дальность r1 до источника излучения с учетом значений фазы принимаемого сигнала на вынесенных элементах по формуле
[10]
[11]где с - скорость света;
[13]Δφi=φi-φ-i и Δφn=φn-φ-n - разность разностей фаз i-х и n-х симметричных относительно центрального приемных каналов соответственно;
[14]φ±i и φ±n - разность фаз сигналов, принимаемых ±i-м и ±n-м и центральными антенными элементами соответственно;
[15]
- база АР, образованной из (М+1) элементов, уточняют вектор координат Rh={rh,γsh} и устраняют неоднозначность определения дальности до источника радиоизлучения на основе алгоритма стохастической аппроксимации
[16]Rh+1=Rh-µ{g(Rh)-g(Rh-ΔRh)}ΔRh,
[18]
среднеквадратическая ошибка (СКО) оценки фазы при h-й итерации поиска вектора Rh;
[19]
и 
- реальное и расчетное значения разности фаз в n-x (i-x) вынесенных (не вынесенных) каналах АР;
[20]ΔRh - случайное приращение вектора Rh={rh, γsh} со средними значениями параметров rh и γsh, равными r1 и γs1, и диапазонами возможных значений Δr1 и 3δγs1 соответственно;
[21]
[22]rдз=(М')2λ0/2 - радиус дальней зоны для трех элементной АР с базой L';
[23]
[24]qs - отношение сигнал/шум (патент Российской Федерации 2231806, МПК G01S 5/08).
[25]Недостатками известного способа являются относительная сложность при недостаточно высокой точности и достоверности определения дальности, а также наличие мерной базы, которая определяется размерами антенной решетки.
[26]Технический результат изобретения заключается в повышении точности и достоверности определения дальности до источника излучения двух и более частот с помощью одной приёмной станции.
[27]Технический результат достигается тем, что в способе определения дальности до объекта с источником излучения сигналов с разными частотами, заключающемся в одновременном приеме не менее двух сигналов с разными частотами и последующем измерении фаз принятых сигналов относительно фаз сигналов опорного генератора, введены следующие новые операции: осуществляют преобразование измеренного значения фазы каждого сигнала в цифровое значение временного интервала между сигналом опорного генератора и принятым сигналом, а расстояние вычисляют по формуле:
[28]
[29]где 
[30]bs - образы-остатки (интерпретируемые как значения расстояния, пропорциональные измеренным значениям фаз);
[31]ms - модули сравнения, под которыми понимают длины волн принимаемых сигналов.
[32]На фиг.1 представлена схема устройства, поясняющая реализацию предлагаемого способа определения дальности до объекта с источником излучения сигналов с разными частотами. На фиг.2 приведена графическая схема, иллюстрирующая способ определения дальности.
[33]Для определения дальности до объекта 1 осуществляют прием сигналов на частотах f1 и f2 от источника излучения, находящегося на объекте 1. Приемник 2 одновременно принимает сигналы на частотах f1 и f2. Подобный приемник используется для приема сигналов, переданных на частотах f1 и f2 спутниковой радионавигационной системой (СРНС) ГЛОНАСС. Возможна реализация способа в случае приема сигналов от источника излучения более чем двух частот. Принятые сигналы поступают на цифровые измерители (3, 4) разности фаз. Разность фаз измеряется относительно фаз сигналов опорного генератора 5, подключенного к цифровым измерителям (3, 4) разности фаз, в составе которых имеются измерители (6, 7) временных интервалов. Выходы измерителей (6, 7) временных интервалов подключены к входам запуска и остановки соответственно счетчиков 8 и 9, которые подсчитывают число импульсов мерной частоты, поступающих от генератора 10, в течение времени, равного времени задержки принятого сигнала относительно опорного. Все полученные данные поступают на вычислительное устройство 11, которое осуществляет по этим данным вычисление дальности с использованием формулы китайской теоремы об остатках:
[34]
[35]для случая использования двух модулей сравнения m1 и m2, в качестве которых используют длины волн λ1 и λ2, соответствующие частотам f1 и f2 источника излучения. Выход генератора 10 импульсов мерной частоты подключен к объединенным третьим входам счетчиков 8 и 9.
[36]Для пояснения вычисления значения дальности с использованием теоремы об остатках сами измерения следует интерпретировать в терминах и понятиях математической теории конечных полей.
[37]В этом случае расстояние между объектом 1 (например, спутником) и приемником - это сумма количества полных циклов плюс дробный цикл, умноженные на длину волны измеряемой частоты, например несущей.
[38]Соотношение, связывающее дальность до объекта с фазой несущей, можно записать в следующем виде:
[39]
[41]λ - длина волны несущей,
[42]ϕ - измеренное значение фазы,
[43]k - неизвестное число целых длин волн, укладывающихся в дальности до объекта.
[44]Принципиально новый подход для определения дальности в беззапросном режиме может быть реализован при использовании математического аппарата теории конечных полей [2, 3]. Но для этого необходимо воспользоваться следующей предлагаемой моделью интерпретации математических и физических терминов и понятий, составляющих основу теории конечных полей [2, 3] и теории радиотехнических измерений [1].
[45]При измерении на нескольких частотах модель измерений можно представить в терминах математической теории конечных полей (ТКП). В этом случае измерения фазы представляются образами-остатками, а длины волн воспринимаются, как модули сравнений.
[46]Известные алгоритмы восстановления, позволяющие осуществить обратный переход от модулярного представления результата вычислений к традиционному позиционному, базируются на китайской теореме об остатках [2, 3].
[47]Китайская теорема об остатках утверждает, что любое неотрицательное число х, которое не превышает значения произведения всех модулей сравнения m1×m2×….×mn, можно однозначно восстановить, если известны его остатки по этим модулям.
[48]Математическая модель определения x на основе остатков b1, b2, …, bn и ее аналог для обработки радиотехнических измерений на основе измеренных фаз δr1, δr2, …, δrn
[49]| При представлении результатов измерений на основе ТКП | При радиотехнических измерениях на основе КТИ ( фазовые измерения) |
| х -результат измерений | r - расстояние до объекта излучения |
| bi -образы-остатки, | δri - измеренные значения фазы |
| mi - модули сравнения | λmi - длины волн |
| Система сравнений в традиционном виде | Система сравнений в предлагаемой физико-математической интерпретации |
| x≡b1(mod m1) | r≡δr1(mod λm1) |
| х≡b2(mod m2) | r≡δr2(mod λm2) |
| … | … |
| х≡bn(mod mn) | r≡δrn(modλmn) |
[50]Решение этой задачи можно проиллюстрировать на конкретном примере, когда излучаются три частоты.
[51]Если излучение происходит на частотах L1, L2, L5, то длины волн равны 19, 24 и 25 см.
[52]Задача ставится следующим образом. Требуется найти х, удовлетворяющее системе сравнений:
[56]при следующих значениях модулей сравнения m1=19, m2=24,
[57]m3=25 и остатках b1=9, b2=16, b3=0.
[58]Используя формулу китайской теоремы об остатках, получим
[59]1) M1=m2×m3=600; 600×M'1≡1(mod 19), M'1=7;
[60]2) M2=m1×m3=475; 475×M'2≡1(mod 24), M'2=19;
[61]3) M3=m1×m2=456; 456×M'3≡1(mod 25), M'3=21;
[62]X=9×600×7+16×475×19+0×456×21=182200≡11200(mod 11400).
[63]В результате вычислений установлено, что дальность до объекта излучения составляет 11200 условных единиц. Если результатам измерения фаз поставлены в соответствие данные псевдодальности, выраженные в метрах, то и окончательное значение Х с учетом раскрытия неопределенности равно 11200 метров.
[64]Этот прием можно распространить и на большее количество модулей (длин волн).
[65]В результате получаем следующий положительный эффект.
[66]1. Для непосредственного определения дальности в беззапросном режиме достаточно одного автономно работающего приемника.
[67]2. Прием сигналов ведется на всенаправленную антенну, поэтому нет необходимости определять пеленг на объект излучения.
[68]3. Определение дальности производится по одномоментным измерениям разности фаз принятых сигналов и опорного генератора.
[69]4. Точность измерения дальности в беззапросном режиме приближается к точности запросных систем.
[70]Перечень источников информации
[71]1. Теоретические основы радиолокации. /Под ред. В.Е.Дулевича/. - М: Советское радио, 1978 г., с.217-220.
[72]2. Лидл Р., Нидеррайтер Г. Конечные поля. В 2-х томах. Пер с англ. - М.: Мир, 1988. - 882 с.
[73]3. Кукушкин С.С. Теория конечных полей и информатика. T.1., М.: Минобороны России, 2003. - 278 с.
