способ дистанционного определения координат активных необслуживаемых станций

Формула изобретения

Способ дистанционного определения координат активных необслуживаемых станций заключается в излучении сигналов опорной станцией 1, приеме излученных сигналов на опорной станции 2, отличающийся тем, что на опорной станции 2 запоминают фазу, на каждой из k активных необслуживаемых станций принимают излученный опорной станцией 1 сигнал, запоминают фазу, задерживают и переизлучают сигнал, принимают на опорной станции 1 сигналы, излученные каждой из k активных необслуживаемых станций, запоминают фазы принятых сигналов, задерживают и переизлучают сигналы с разделением по времени, принимают на каждой из n пассивных станций сигнал, излученный опорной станцией 1, сигналы излученные каждой из k активных необслуживаемых станций, а также сигналы от каждой из k активных необслуживаемых станций, переизлученные опорной станцией 1, определяют на g-й пассивной станции дальности от опорной станции 1 до каждой из k активных необслуживаемых станций, переизлучают на опорной станции 2 сигнал, принятый от опорной станции 1, принимают на опорной станции 3 сигнал, излученный опорной станцией 2, запоминают фазу, на каждой из k активных необслуживаемых станций принимают излученный опорной станцией 2 сигнал, запоминают фазу, задерживают и переизлучают сигнал, принимают на опорной станции 2 сигналы, излученные каждой из k активных необслуживаемых станций, запоминают фазы принятых сигналов, задерживают и переизлучают сигналы с разделением по времени, принимают на каждой из n пассивных станций сигнал, излученный опорной станцией 2, сигналы излученные каждой из k активных необслуживаемых станций, а также сигналы от каждой из k активных необслуживаемых станций, переизлученные опорной станцией 2, определяют на g-й пассивной станции дальности от опорной станции 2 до каждой из k активных необслуживаемых станций, переизлучают на опорной станции 3 сигнал, принятый от опорной станции 2, на каждой из k активных необслуживаемых станций принимают излученный опорной станцией 3 сигнал, запоминают фазу, задерживают и переизлучают сигнал, принимают на опорной станции 3 сигналы, излученные каждой из k активных необслуживаемых станций, запоминают фазы принятых сигналов, задерживают и переизлучают сигналы с разделением по времени, принимают на каждой из n пассивных станций сигнал, излученный опорной станцией 3, сигналы, излученные каждой из k активных необслуживаемых станций, а также сигналы от каждой из k активных необслуживаемых станций, переизлученные опорной станцией 3, определяют на g-й пассивной станции дальности от опорной станции 3 до каждой из k активных необслуживаемых станций, дальность от g-й пассивной станции до опорной станции 1, дальность от g-й пассивной станции до опорной станции 2, дальность от g-й пассивной станции до опорной станции 3, дальности от g-й пассивной станции до каждой из k активных необслуживаемых станций.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах определения местоположения объекта.

Известен способ дистанционного определения координат объектов, заключающийся в излучении сигналов основным активным объектом, приеме излученных сигналов на первом и втором маяках, запоминании фазы, задержке и переизлучении сигналов с разделением по времени первым и вторым маяками, приеме на основном активном объекте сигналов основного активного объекта, переизлученных первым и вторым маяками, определении дальностей от основного активного объекта до первого и второго маяков по времени задержки между сигналом основного активного объекта и сигналами, переизлученными первым и вторым маяками, отличающийся тем, что на каждом из k активных объектов принимают сигналы, излученные как основным активным объектом, так и переизлученные первым и вторым маяками сигналы основного активного объекта, запоминают фазы принятых сигналов, задерживают и их переизлучают с разделением по времени, принимают на основном активном объекте сигналы, переизлученные каждым из k активных объектов и определяют на основном активном объекте дальности от каждого из k активных объектов как до основного активного объекта, так и до первого и второго маяков по времени задержки между сигналом основного активного объекта и сигналами, переизлученными каждым из k активных объектов [1].

Данный способ позволяет дистанционно определять координаты подвижных объектов. Недостатком способа является отсутствие скрытности работы станций, определяющих местоположение k активных объектов, а также невозможность проведения одновременных измерений на данных станциях для дистанционных определений координат.

Известен способ определения координат станции, заключающийся в излучении сигналов опорной станцией 1 (ведущей станцией в прототипе), приеме излученных сигналов на опорной станции 2 и опорной станции 3 (ведомой станции 1 и ведомой станции 2 в прототипе), запоминании фазы, задержке и переизлучении сигналов с разделением по времени опорной станцией 2 и опорной станцией 3, приеме на пассивной станции (судовой приемной станции в прототипе) сигналов опорной станции 1, а также сигналов опорной станции 1, переизлученных опорной станцией 2 и опорной станцией 3, определении на пассивной станции разности дальностей от пассивной станции до ведущих станций 1 и 2 и разности дальностей от пассивной станции до ведущих станций 1 и 3 [2, с. 29, 30].

Данный способ позволяет определять местоположение неограниченного числа пассивных станций. Недостатком способа является невозможность дистанционного определения координат подвижных станций.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет дистанционного определения пассивными станциями местоположения активных необслуживаемых станций.

Для этого в способе определения координат станции, заключающемся в излучении сигналов опорной станцией 1, приеме излученных сигналов на опорной станции 2, используется работа опорной станции 2 в режиме запоминания и хранения фазы, на каждой из k активных необслуживаемых станций принимают излученный опорной станцией 1 сигнал, запоминают фазу, задерживают и переизлучают сигнал, принимают на опорной станции 1 сигналы, излученные каждой из k активных необслуживаемых станций, запоминают фазы принятых сигналов, задерживают и переизлучают сигналы с разделением по времени, принимают на каждой из n пассивных станций сигнал, излученный опорной станцией 1, сигналы, излученные каждой из k активных необслуживаемых станций, а также сигналы от каждой из k активных необслуживаемых станций, переизлученные опорной станцией 1, определяют на g-й пассивной станции дальности от опорной станции 1 до каждой из k активных необслуживаемых станций, переизлучают на опорной станции 2 сигнал, принятый от опорной станции 1, принимают на опорной станции 3 сигнал, излученный опорной станцией 2, запоминают фазу, на каждой из k активных необслуживаемых станций принимают излученный опорной станцией 2 сигнал, запоминают фазу, задерживают и переизлучают сигнал, принимают на опорной станции 2 сигналы, излученные каждой из k активных необслуживаемых станций, запоминают фазы принятых сигналов, задерживают и переизлучают сигналы с разделением по времени, принимают на каждой из n пассивных станций сигнал, излученный опорной станцией 2, сигналы, излученные каждой из k активных необслуживаемых станций, а также сигналы от каждой из k активных необслуживаемых станций, переизлученные опорной станцией 2, определяют на g-й пассивной станции дальности от опорной станции 2 до каждой из k активных необслуживаемых станций, переизлучают на опорной станции 3 сигнал, принятый от опорной станции 2, на каждой из k активных необслуживаемых станций принимают излученный опорной станцией 3 сигнал, запоминают фазу, задерживают и переизлучают сигнал, принимают на опорной станции 3 сигналы, излученные каждой из k активных необслуживаемых станций, запоминают фазы принятых сигналов, задерживают и переизлучают сигналы с разделением по времени, принимают на каждой из n пассивных станций сигнал, излученный опорной станцией 3, сигналы, излученные каждой из k активных необслуживаемых станций, а также сигналы от каждой из k активных необслуживаемых станций, переизлученные опорной станцией 3, определяют на g-й пассивной станции дальности от опорной станции 3 до каждой из k активных необслуживаемых станций, дальность от g-й пассивной станции до опорной станции 1, дальность от g-й пассивной станции до опорной станции 2, дальность от g-й пассивной станции до опорной станции 3, дальности от g-й пассивной станции до каждой из k активных необслуживаемых станций.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы дистанционного определения координат активных необслуживаемых станций на пассивных станциях, реализующая предложенный способ, на фиг. 2 - временная диаграмма работы системы, на фиг. 3 - структурная схема каждой из опорных станций 1, 2, 3, на фиг. 4 - структурная схема каждой из k активных необслуживаемых станций, на фиг. 5 - структурная схема каждой из n пассивных станций, на фиг. 6 - блок-схема алгоритма работы вычислительного блока каждой из n пассивных станций.

На фиг. 1, 2 следующие обозначения:

ОС 1 - опорная станция 1,

ОС 2 - опорная станция 2,

ОС 3 - опорная станция 3,

АНС 1 - активная необслуживаемая станция 1,

АНС 2 - активная необслуживаемая станция 2,

АНС k - активная необслуживаемая станция k,

ПС 1 - пассивная станция 1,

ПС 2 - пассивная станция 2,

ПС n - пассивная станция n.

Способ дистанционного определения координат активных необслуживаемых станций на пассивных станциях состоит в следующем. На опорной станции ОС 1 излучают сигнал в интервал времени 1 (см. фиг. 2 а). Во время указанного интервала запоминают фазу принятого сигнала на станциях ОС 2, АНС 1, АНС 2, . .., АНС k (см. фиг. 2 б, г, д, е), а также на станциях ПС 1, ПС 2, ..., ПС n (см. фиг. 2 ж, з, и). В интервалы времени 2, 3, ..., p1 станции АНС 1, АНС 2, . . . , АНС k поочередно производят переизлучение принятого сигнала (см. фиг. 2 г, д, е). Сигналы, излученные АНС 1, АНС 2, ..., АНС k, принимают на ПС 1, ПС 2, ..., ПС n (см. фиг. 2 ж, з, и), а также на ОС 1, и в интервалы времени р2, р3, ..., q1 на ОС 1 поочередно производят их переизлучение (см. фиг. 2 а). Переизлученные ОС 1 сигналы принимаются на ПС 1, ПС 2, ..., ПС n (см. фиг. 2 ж, з, и).

Согласно [2. с. 22], если в интервал времени 1 ОС 1 излучает сигнал с текущей фазой t+₀, где - циклическая частота гармонического колебания, t - время, ₀ - начальная фаза, текущую фазу сигнала, принятого на АНС i, где i{1,...,k}, можно представить в виде t+₀-(/c)r_1i, где c - скорость распространения радиоволн, r_1i - расстояние от ОС 1 до АНС i, а текущую фазу сигнала, принятого на ПС g, где g{1,...,n}, можно представить в виде t+₀-(/c)r_1g, где r_1g - расстояние от ОС 1 до ПС g. Тогда текущая фаза сигнала, излученного АНС i и принятого на ОС 1 в один из интервалов времени 2, 3, ..., p1, равна t+₀-(/c)2r_1i, а текущая фаза данного сигнала, переизлученного ОС 1 в один из интервалов времени р2, р3, ..., q1 и принятого на ПС g, равна t+₀-(/c)(2r_1i+r_1g). Текущую фазу сигнала, излученного АНС i в один из интервалов времени 2, 3, ..., p1, и принятого на ПС g, можно представить в виде t+₀-(/c)(r_1i+r_ig), где r_ig - расстояние от АНС i до ПС g.

Таким образом, по прошествии временного интервала q1, ПС g (g{1,...,n}) имеет всю необходимую информацию для определения дальности r_1i, где i{1,...,k}. Дальности r_1i находят по следующим фазам запаздывания, определяемым по разностям измеренных параметров:



Поскольку величины и с известны, очевидно, что возможно определение дальностей r_1i, где i{1,...,k}, из (1). По измеренным параметрам t+₀-(/c)r_1g и t+₀-(/c)(r_1i+r_ig) и при известных величинах , с и найденном r_1i возможно определение параметра -(/c)r_1g+(/c)r_ig:



В интервал времени q2 на опорной станции ОС 2 переизлучают сигнал (см. фиг. 2 б), принятый от ОС 1 во временном интервале 1. Во временном интервале q2 запоминают фазу принятого сигнала на станциях ОС 3, АНС 1, АНС 2, ..., АНС k (см. фиг. 2 в, г, д, е), а также на станциях ПС 1, ПС 2, ..., ПС n (см. фиг. 2 ж, з, и). В интервалы времени q3, q4, ..., s1 станции АНС 1, АНС 2, . . . , АНС k поочередно производят переизлучение принятого сигнала (см. фиг. 2 г, д, е). Сигналы, излученные АНС 1, АНС 2, ..., АНС k принимают на ПС 1, ПС 2, ... ПС n (см. фиг. 2 ж, з, и), а также на ОС 2, и в интервалы времени s2, s3, ..., u1 на ОС 2 поочередно производят их переизлучение (см. фиг. 2 б). Переизлученные ОС 2 сигналы принимаются на ПС 1, ПС 2, ..., ПС n (см. фиг. 2 ж, з, и).

При излучении в интервал времени q2 на ОС 2 сигнала с текущей фазой t+₁, где ₁ - начальная фаза, текущую фазу сигнала, принятого на АНС i, где i{1,...,k}, можно представить в виде t+₁-(/c)r_2i, где r_2i - расстояние от ОС 2 до АНС i, а текущую фазу сигнала, принятого на ПС g, где (g{1,...,n}), можно представить в виде t+₁-(/c)r_2g, где r_2g - расстояние от ОС 2 до ПС g. Тогда текущая фаза сигнала, излученного АНС i и принятого на ОС 2 в один из интервалов времени q3, q4, ..., s1, равна t+₁-(/c)2r_2i, а текущая фаза данного сигнала, переизлученного ОС 2 в один из интервалов времени s2, s3, . .., u1 и принятого на ПС g, равна t+₁-(/c)(2r_2i+r_2g). Текущую фазу сигнала, излученного АНС i в один из интервалов времени q3, q4, ..., s1 и принятого на ПС g, можно представить в виде t+₁-(/c)(r_2i+r_ig), где r_ig - расстояние от АНС i до ПС g.

Дальности r_2i и параметр -(/c)r_2g+(/c)r_ig находят на ПС g (g{1,...,n}) из выражений, аналогичных (1), (2):





В интервал времени u2 на опорной станции ОС 3 переизлучают сигнал (см. фиг. 2 в), принятый от ОС 2 во временном интервале q2. Во временном интервале u2 запоминают фазу принятого сигнала на станциях АНС 1, АНС 2, ..., АНС k (см. фиг. 2 г, д, е) и на станциях ПС 1, ПС 2, ..., ПС n (см. фиг. 2 ж, з, и). В интервалы времени u3, u4, ..., v1 станции АНС 1, АНС 2, ..., АНС k поочередно производят переизлучение принятого сигнала (см. фиг. 2 г, д, е). Сигналы, излученные АНС 1, АНС 2, ..., АНС k принимают на ПС 1, ПС 2, ... ПС n (см. фиг. 2 ж, з, и), а также на ОС 3, и в интервалы времени v2, v3, ..., w1 на ОС 3 поочередно производят их переизлучение (см. фиг. 2 в). Переизлученные ОС 3 сигналы принимаются на ПС 1, ПС 2, ..., ПС n (см. фиг. 2 ж, з, и).

При излучении в интервал времени u2 на ОС 3 сигнала с текущей фазой t+₂, где _2/ - начальная фаза, текущую фазу сигнала, принятого на АНС i, где i{1,...,k}, можно представить в виде t+₂-(/c)r_3i, где r_3i - расстояние от ОС 3 до АНС i, а текущую фазу сигнала, принятого на ПС g, где (g{1,...,n}), можно представить в виде t+₂-(/c)r_3g, где r_3g - расстояние от ОС 3 до ПС g. Тогда текущая фаза сигнала, излученного АНС i и принятого на ОС 3 в один из интервалов времени u3, u4, ..., v1, равна t+₂-(/c)2r_3i, а текущая фаза данного сигнала, переизлученного ОС 3 в один из интервалов времени v2, v3, . .., w1 и принятого на ПС g, равна t+₂-(/c)(2r_3i+r_3g). Текущую фазу сигнала, излученного АНС i в один из интервалов времени u3, u4, ..., v1 и принятого на ПС g, можно представить в виде t+₂-(/c)(r_3i+r_ig) где r_ig - расстояние от АНС i до ПС g.

Дальности r_3i и параметр -(/c)r_3g+(/c)r_ig находят на ПС g g{1,...,n} из выражений, аналогичных (1), (2), а также (3), (4):





Местоположение ПС g, где g g{1,...,n} определяется на ПС g разностно-дальномерным способом [2, с. 10, 11] относительно неподвижных ОС 1, ОС 2, ОС 3 с известными координатами, например, по следующим разностям:

{t+₀-(/c)r_1g} - {t+₁-(/c)r_2g}, (7)

{t+₁-(/c)r_2g} - {t+₂-(/c)r_3g}, (8)

Поскольку после проведения определений (7), (8) на каждой из станций ПС 1, ПС 2, ..., ПС n известны координаты данной станции, то могут быть определены и дальности r_1g, r_2g, r_3g, где g принимает значения от 1 до n.

Дальности r_ig определяются на ПС g, где g{1,...,n} , при известных значениях параметров (2), (4), (6), а также при известных r_1g, r_2g, r_3g любым из следующих выражений:

{-/c)r_1g+(/c)r_ig} +(/c)r_1g,

{-/c)r_2g+(/c)r_ig} +(/c)r_2g,

{-/c)r_3g+(/c)r_ig} +(/c)r_3g.

На этом цикл работы системы T_Ц (см. фиг. 2) по способу дистанционного определения координат активных необслуживаемых станций заканчивается.

Структурная схема опорных станций 1, 2, 3 приведена на фиг. 3. Сигналы станций системы, пройдя через среду распространения, принимаются приемником и через блок измерения, преобразующий их в цифровую форму, поступают в вычислительный блок, управляющий работой передатчика, излучающего в пространство сигналы для станций системы, и блоком индикации, представляющим информацию о функционировании системы.

Структурная схема каждой из k активных необслуживаемых станций приведена на фиг. 4. Сигналы станций системы, пройдя через среду распространения, принимаются приемником и через блок измерения, преобразующий их в цифровую форму, поступают в вычислительный блок, управляющий работой передатчика, излучающего в пространство сигналы для станций системы.

Структурная схема каждой из n пассивных станций приведена на фиг. 5. Сигналы станций системы, пройдя через среду распространения, принимаются приемником и через блок измерения, преобразующий их в цифровую форму, поступают в вычислительный блок, накапливающий информацию для определения дальностей, определяющий местоположение и управляющий блоком индикации для представления результатов вычислений.

Варианты построения опорных станций, активных необслуживаемых станций и пассивных станций приведены, например, на с. 30 [2]. Вариант построения вычислительного блока приведен на с. 161 [3].

Технико-экономический эффект заявляемого способа состоит в меньшем энергопотреблении и скрытности работы пассивных станций, дистанционно определяющих координаты подвижных станций системы, а также в возможности определения данных координат неограниченным количеством пассивных станций в одном и том же цикле.

Измерение расстояний в предлагаемом способе контроля за перемещением объектов может осуществляться не только методом разделения излучений во времени, но и другими методами, например посредством кодового разделения сигналов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент РФ N 2058562. Способ дистанционного определения координат объектов/ Кокорин В.И. Опубл. 1996, Бюл. N 11.

2. Агафонников А. М. Фазовые радиогеодезические системы для морских исследований. - М.: Наука, 1979. - 164 с.

3. Стрыгин В. В. , Щарев Л.С. Основы вычислительной микропроцессорной техники и программирования. - М.: Высш. шк., 1989. - 479 с.