Разностно дальномерный способ определения координат

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

1.1 Общая характеристика методов .

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

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

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

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

Например, для дальномерной системы: М – источник ИРИ (РЭС); О₁ – средство разведки (навигационная точка НТ) ; геометрическая постоянная

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

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

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

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

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

Рассмотрим некоторые из них.

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

Рис.2 Угломерный метод определения местоположения ИРИ на плоскости.

Для определения МП «и» на плоскости достаточно измерить j _аз1 и j _аз2 . Тогда по теореме синусов:

;

где d – база, о₁ и о₂ – точки приема (НТ)

Для определения МП «и» в пространстве (рис.3) измеряются азимутальные углы j _аз1 j _аз2 и угол места в одной из точек приема. Либо наоборот – углы места j _ум1 и j _ум2 в двух точках приема и азимут в одной из них.

Рис.3 Угломерный метод определения местоположения ИРИ в пространстве.

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

где s _э – ошибка определения электрического параметра;

s _р – ошибка определения геометрического параметра;

s _л — ошибка определения ЛП (ПП);

s _Д — ошибка определения МП.

Ошибки определения линейного и геометрического параметров связаны соотношением:

s _лр = К_л s _р , где К_л – коэффициент линейной ошибки (определяется выбранным методом определения МП).

Например, для угломерного метода (плоскостной случай):

Для рассматриваемого рисунка Д=Д₁, а — ошибка определения угла.

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

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

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

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

Рис.4 Возникновение ложных пеленгов

Здесь наряду с определением 3 х истинных источников И₁, И₂, И₃ обнаруживается 6 ложных (ЛИ).

Исключение ЛП возможно за счет опознавания источников путем сравнения по параметрам сигналов ( f , t _u , T_u ), либо путем взаимокорреляционной обработки сигналов, принимаемых в о₁, о₂.

Достоинства метода – простота.

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

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

Рис.5 Разностно-дальномерный способ определения местоположения

Здесь А₁, А₂, А₃ –разнесенные точки наблюдения, принадлежащие различным базам А₁, А₂, d ₁₂ и А₂, А₃, d ₂₃ . Фокусы гипербол совпадают с точками наблюдения. Разности расстояний, определяемые путем измерения относительного запаздывания сигналов, будут:

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

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

Линейная ошибка метода:

, где — СКО определения Р.

В свою очередь ;

j — угол под которым видна база А₁ А₂ из точки И

Обычно базы (А₁А₂) и (А₂А₃) располагаются не на одной линии а под a =60 о -90 о

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

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

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

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

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

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

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

SHAPE \* MERGEFORMAT

Рис.6 Дальномерно-угломерный способ

Рис.7 Угломерно-разностно-дальномерный способ

2. Погрешность определения местоположения источника

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

Рис.8 Определение ошибки местоположения

Здесь Р₁ и Р₂ истинные ЛП для геометрических параметров Р₁ и Р₂,

Р₁+ D Р₁ и Р₂+ D Р₂ – ЛП измеренные, отстоящие от истинных на величины линейных ошибок D n ₁ и D n₂; М – истинное МП объекта, М ¢ — найденное (измеренное); r – ошибка МП объекта.

Из D МОМ ¢ можно найти:

r 2 = a 2 + в 2 ± 2ав cos b , где , .

Тогда .

Переходя к СКО и полагая измерения ЛП Р₁ и Р₂ некоррелированными получим: .

Здесь — дисперсии ошибок определения линий положения.

Вывод: для любых методов при заданных линейных ошибках — ошибка МП s _Д минимальна при b =90 о .

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

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

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

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

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

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

Источник

РАЗНОСТНО-ДАЛЬНОМЕРНЫЕ. РАДИОНАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. Характеристика разностно-дальномерных. радионавигационных систем

Разностно-дальномерные радионавигационные системы (РСДН) предназначены для определения текущих координат вертолета по сигналам наземных станций этих систем.

Система состоит из нескольких (три и более) наземных станций, координаты которых известны, и бортового приемоиндикаторного вычислительного устройства. С его помощью обеспечивается определение разности расстояний от вертолета до двух наземных станций. По измеренной разности расстояний определяется линия положения вертолета, которая называется линией равных разностей расстояний (ЛРРР). На плоскости ЛРРР представляет собой гиперболу, в связи с чем системы называются гиперболическими. Для определения места вертолета необходимо иметь не менее двух линий положения, поэтому система должна иметь не менее трех станций, образующих единую группу.

Одна из трех наземных станций является ведущей, а две другие ведомыми. Ведущая станция синхронизирует работу ведомых станций, обеспечивая согласованные режимы излучения по времени и частоте всех станций. Совокупность ведущей и работающих с ней ведомых станций называется цепочкой. Цепочки станций, как правило, включают в свой состав от трех до пяти станций. Каждой станции присваивается порядковый номер. Цепочки наземных станций могут быть стационарного и подвижного варианта.

Расстояние между наземными станциями называется базой. База может быть от 300 до нескольких тысяч километров. Ведомые станции располагаются по обе стороны от ведущей станции примерно на одинаковых базовых расстояниях.

Все наземные станции представляют собой радиопередающие устройства с антеннами ненаправленного действия.

Принцип измерения разности расстояний основывается на измерении бортовым приемоиндикаторным устройством разности времени распространения радиоволн от двух наземных станций до вертолета. Измерение временных разностей осуществляется импульсным, фазовым и импульсно-фазовым методом.

При импульсном методе измерения временной разности каждая станция излучает сигнал, состоящий из пачки импульсов. Пачка состоит из восьми импульсов с временным интервалом между импульсами в 1000 мкс. Ведущая станция излучает через 1890 мкс девятый импульс, корректирующий работу наземных станций. Период повторения пачек импульсов у разных цепочек
разный (от 50 000 до 100 000 мкс), что обеспечивает различие цепочек.

Сигнал, излучаемый ведущей станцией Л, принимается на вертолете через время, равное /і (рис. 9.1): /і=Ді/с, где Ді — расстояние от станции А до вертолета; с — скорость распространения радиоволн.

Ведомая станция Б принимает сигнал ведущей станции через время їаб и излучает собственный сигнал не сразу, а с некоторой кодовой задержкой tK, постоянной для данной станции (для ее различения).

Источник