Способы определения местоположения источников радиоизлучения

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