eng
Выпуск #9/2018
Корнеев Игорь Леонидович, Егоров Валерий Васильевич
Перспективы применения и потенциальные возможности проектируемых технических модулей локальных систем навигации, выполненных на отечествнной ЭКБ
Перспективы применения и потенциальные возможности проектируемых технических модулей локальных систем навигации, выполненных на отечествнной ЭКБ
Просмотры: 3511
Рассмотрена локальная система навигации, создаваемая в НИИМА «Прогресс» на основе комплекта специализированных СБИС, разработанных на предприятии ранее. Приведена классификация локальных систем навигации. Приведены параметры системы и ее преимущества перед ближайшим зарубежным аналогом. Рассмотрены вопросы организации работы системы, борьбы с переотражениями и принципы синхронизации. Приведены результаты измерения инструментальной погрешности позиционирования разрабатываемой локальной системы навигации.
УДК 621.396.98, 629.051
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.56.61
УДК 621.396.98, 629.051
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.56.61
Теги: global navigation satellite systems (gnss) instrumental position error local navigation systems navigation receivers navigation signals глобальные навигационные спутниковые системы (гнсс) инструментальная погрешность локальная система навигации навигационные приемники навигационные сигналы
Разработанная в 2015 году в НИИМА «Прогресс» система на кристалле (СК), состоящая из цифровой K1917ВС014 (ЦПП-ЛСН) и К5200МХ014 (РППУ-ЛСН) радио части, предназначена для проектирования и разработки локальных систем навигации (ЛСН-Прогресс), дополнительных к глобальным навигационным спутниковым системам (ГНСС). Основное назначение ЛСН — дифференцирование/обслуживание абонентов, работа в условиях преднамеренных помех, увеличение точности определения координат по сравнению с ГНСС. Прототипами предполагаемой системы являются ЛСН СФИНКС [1] (Россия, 2000 г.) и ЛСН Локата [2] (США, 2013 г.). Облик ЛСН определяется, в первую очередь, ее применениями, а затем — используемой элементной базой. В частности, различия между ГНСС и ЛСН определяются: точностью, помехозащищенностью и быстродействием; у ЛСН-Прогресс эти параметры значительно выше, а область действия —шире. ЛСН является частным случаем сети. Различают навигационные, информационные, навигационно-информационные сети, пространственно-распределенные измерительные сети. Они могут иметь стационарную, динамическую, синтезированную, детерминированную или случайную архитектуру. Конструкцией сети определяется взаимодействие внутри нее: самоорганизующиеся или сети с заданной структурой (например, ГНСС). Это определяет дополнительные ограничения на сигналы внутри сети.
Согласно предварительному анализу, ЛСН-Прогресс имеет гибкую архитектуру и регулируемые параметры, реализует прием в синхронном и асинхронном режимах, что определяет возможность активной и пассивной навигации. При использовании в качестве рабочего сигнала ПСП, имеется возможность выбора ее параметров:
длина от 1024 символов —ПСП1024;
допустимое отклонение частоты ПСП1024, от номинальной ±10 кГц;
диапазон работы 0,1–2,5 ГГц;
тактовая частота 1 МГц;
модуляция — BPSK;
интервал измерения момента поступления ПСП1024 в ЛСН — 1 мс;
инструментальная погрешность измерения момента приема ПСП1024 в режиме навигации не больше 1ps, в асинхронном режиме — не больше 10ps.
При увеличении длительности сигнала, в частности, для ПСПN1024 допустимое рассогласование частоты входного сигнала от номинальной уменьшается в N раз, при увеличении помехозащищенности в те же N раз. ЛСН-Прогресс имеет измерительный/навигационный канал и канал квитирования. В частности, в авиационном варианте это сигнал с GFSK модуляцией в полосе 25 кГц. Помимо квитирования он может быть использован для создания авиационных самоорганизующихся сетей АЗН-В. Наличие в составе K1917ВС014 микроконтроллера и ОЗУ 1 МБ позволяет использовать цифровую часть СК для генерации ПСП, имеющей длину не меньшую 2200, и для решения навигационных задач.
Известно, что наибольшие проблемы при создании локальных систем навигации связаны с наличием статистически неровной границы, с переотражениями от нее навигационного и связного сигналов. С одной стороны, это влияет на точность навигации, а несогласование пропускной способности приземной линии связи со скоростью поступления информации в ЛСН приводит и к искажению информации в приземной линии связи, и к перегрузке ЛСН. По этой причине в некоторых задачах имеется необходимость снизить интенсивность поступающего потока информации. Это можно сделать, например, путем ограничения амплитуды. Для согласования пропускной способности приземной линии связи с темпом поступления информационного потока можно воспользоваться преобразованием время — пространственная координата, а затем снизить скорость передаваемого редуцированного сообщения до значения, согласованного с каналом связи. Издержки предлагаемого метода согласования связаны с нестабильностью частот на приемных пунктах ЛСН, с искажениями скорости передачи информационной последовательности с пункта на пункт, с наличием помехи многопутного распространения (ПМР), но при существенном ограничении скорости передачи информационного потока можно полностью избавиться от ПМР (это и есть одна из целей редукции).
Как правило, структура ЛСН представляет собой внешний формирующий навигационный сигнал периметр. Обобщенная схема ЛСН представлена на рис. 1. Предполагается, что навигационное поле ЛСН позволяет определить координаты абонента относительно заданной системы координат. В наиболее общей форме ЛСН базируется на (при)поднятых над поверхностью пунктах размещения приемо-передающей аппаратуры ЛСН: вешках, зданиях, аэростатах, дирижаблях, летательных аппаратах (ЛА), беспилотных ЛА (БЛА), пилотируемых ЛА (ПЛА), спутниках (низкоорбитальных), имеющих устойчивые орбиты, в частности, геостационарные. Дальность действия D ЛСН на необорудованной территории ограничивается радиогоризонтом, определяемым по приближенной формуле (1):
Eqn001.eps,(1)
где h1 — высота приемо-передающего пункта ЛСН в метрах, h2 — пункта потребителя услуг ЛСН в метрах.
Легко видеть, что за счет эшелонирования район обслуживания ЛСН ограничивается только возможностью формирования района действия ЛСН и ничем другим.
Среди ЛСН наиболее экзотическими являются скрытные системы обнаружения и спасения ценных грузов. Рассматривается следующая схема взаимодействия и формирования ЛСН (навигационного поля) и «ценного груза (ЦГ)», изображенная на рис. 2.
Технология поиска:
ЛА излучает ПСП и передает свои текущие координаты и время.
На стороне ЦГ эта информация принимается.
После того как получены значения хотя бы с трех-четырех точек траектории, ЦГ вычисляет взаимные координаты ЛА-ЦГ в системе координат ЛА.
Затем ЦГ направляет ПСП сигнал на ЛА, передавая и собственные координаты и свое точное время.
Получив эти данные, ЛА направляется к ЦГ, забирает его и, тем самым, его спасает.
Особенность построенной ЛСН в том, что она существует виртуально (все точки, по которым проводятся вычисления координат ЦГ, известны только в прошлом), то есть ЛСН синтезируется по допустимым замерам, а не существует фактически. Можно было бы направить на поиск и спасение ЦГ четыре ЛА, но в реальных условиях это слишком дорого, поэтому приемлемым для практики является решение, основанное на построении и использовании синтезированной ЛСН.
Характеристика локальных систем навигации
В качестве ЛСН может рассматриваться любая система определения собственного местоположения объекта по наблюдаемым параметрам навигационного поля, в которое он погружен. Таким образом, с понятием ЛСН связаны две сущности:
навигационный сигнал (поле);
датчик навигационного поля— датчик (нп).
В противовес ЛСН особым образом выделяются глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС). С другой стороны, от ЛСН ее отличает только граница области формирования системы.
Типы ЛСН
Различают:
ЛСН на стационарном основании;
ЛСН на подвижном основании;
ЛСН смешанные;
ЛСН обобщенные.
Имеются различия ЛСН и по среде применения: наземные, подземные, надводные, подводные, космические и т. п. Иногда можно отказаться от характеристики ЛСН как сети, делая акцент только на навигации.
Система единого времени (СЕВ)
Следующая характеристика ЛСН — временная нестабильность ее компонентов и датчиков пользователей. Система единого времени отвечает за время во всех точках ЛСН: на опорных станциях.Если пользователь знает собственное время в шкале СЕВ, то, определяя время прихода сигнала с опорной станции (ОС), пользователь может определить расстояние от себя до нее. В плоской геометрии (наземная ЛСН) достаточно двух опорных станций для определения собственных координат в плоскости, в трехмерной ЛСН — трех. Это очень важное замечание, поскольку позволяет существенно снизить сложность вычислений и повысить точность расчетов координат за одинаковое с аналогом время. В том случае, если время пользователя не синхронизовано со временем ЛСН, то, измеряя псевдодальности до трех ОС и текущее время, можно восстановить (для плоской ЛСН) координаты пользователя и системное время в шкале СЕВ. Измерение четырех псевдодальностей до ОС и времени дает возможность восстановления собственных координат и собственного времени в трехмерной ЛСН.
Система связи
Другой важный вопрос связан с наличием (отсутствием) встроенной в ЛСН системы связи. Отсутствие встроенной системы связи предполагает априорное знание геометрии ЛСН и расписания работы излучателей ОС. Напротив, система связи позволяет проинформировать и пользователей, и другие составные части ЛСН об этих параметрах, что определяет возможность реализации любого типа локальной системы навигации. Естественно потребовать от этой системы связи, чтобы она не раскрывала факта и режимов работы ЛСН, то есть ее сигналы должны иметь тот же формат, что и сигналы ЛСН в режиме навигации.
Система синхронизации
Синхронизация ЛСН зависит от ее предполагаемой точности и предъявляемых к ней требований по кибербезопасности. Например, ЛСН «Локата» (2013 года выпуска, разработчик США) имеет открытую систему синхронизации, представляющую собой центральный генератор сигнала и приемники, находящиеся на опорных станциях, по сигналам с которых опорные станции синхронизируются. Примеры таких систем синхронизации известны многие десятки лет, например, российская станция «Маяк». Нельзя утверждать, что она обладает высокой устойчивостью к естественным и, тем более, к организованным помехам. На пересеченной местности, покрытой растительностью, фаза сигнала, приходящего на опорную станцию, зависит от суммы парциальных составляющих, пришедших различными путями. В радиолокации такие составляющие имеют название помех многопутного распространения. Поэтому, даже в отсутствии организованной помехи, открытая система синхронизации может не обеспечить когерентности ЛСН. Перескоки фазы на опорных пунктах, связанные с ветровой нестабильностью, приводят к появлению значительных ошибок системы открытого типа. Организованные помехи, ложные (имитационные помехи системе синхронизации) легко выводят подобную ЛСН из строя. Но в отсутствие естественных и организованных помех, навигация по ее сигналам позволяет обеспечить погрешность определения собственных координат до долей фазы, то есть 5–10 см (усредненная на секундном интервале).
Типы сигналов, используемых в ЛСН
Первоначально в ЛСН использовались прямоугольные сигналы, генерация которых достаточно проста и хорошо освоена. Но попытки улучшения точности пеленгации объектов, например, в авиации или смежных областях [3–5], при наличии ограниченного типа сигналов, вынуждают разработчиков систем рассматривать сигналы других типов.
Инструментальная погрешность ЛСН-ПРОГРЕСС
Результаты экспериментальных исследований технологий ЛСН по определению инструментальной погрешности измерения местоположения пика КФ были любезно предоставлены Татарчуком И. А. и Григорьевым И. Д. На рис. 3 изображены пики корреляционных функций (КФ), на рис. 4 представлено увеличенное в 20 раз изображение. Между КФ интервал 20 мс, длина КФ = 1024 мс, тактовая частота 1 МГц, СКО однократного измерения положения пика КФ — 0,1 нс.
Из представленных графиков следует, что пики КФ уменьшают амплитуду от функции к функции, то есть они реагируют на изменение частоты передатчика относительно частоты приемника. Из тех же графиков следует, что усредненная на секундном интервале СКО равна 3,3 пс.
Иллюстрация синтезированных локальных систем навигации
Основная задача: «Поиск и спасение объектов, в частности человека, на неконтролируемой территории»
Как отмечено выше, сложность ее решения заключается в том, что поисками объекта могут заниматься одновременно несколько сторон, не всегда дружественных друг другу. Объект заинтересован в положительном результате только для одной из них. Поэтому возникает основной вопрос: как построить схему поиска и спасения, позволяющую скрытно сообщить о собственном местоположении дружественной ему стороне. Для поиска используется летательный аппарат (ЛА), а сам поиск осуществляется в радиодиапазоне с тем, чтобы обеспечить и всепогодность, и скрытность [6]. Наиболее подходящей является многопозиционная авиационная система (МПС) [7, 8], позволяющая определить координаты радиоконтрастного объекта с высокой точностью. Но количество ЛА в МПС, направляемых на операцию поиска и спасения, не превышает, как правило, одного (иначе дорого), а сигнал о спасении может быть послан только один раз, по тем же причинам — обеспечение скрытности. Отсюда вытекает необходимость использовать сложный псевдослучайный сигнал (ПСП). Сама схема может выглядеть следующим образом (рис. 5): ЛА движется по траектории и сканирует псевдослучайным сигналом поверхность в районе предположительного нахождения разыскиваемого объекта. Каждая ПСП маркирована моментом излучения (в шкале времени ЛА) и координатами нахождения ЛА. Объект принимает часть сигналов, излученных с ЛА, и знает моменты излучения ПСП и координаты ЛА, отнесенные к моменту излучения. Моменты получения ПСП он измеряет в своей шкале времени.
Объект измеряет моменты прихода ПСП, знает их моменты излучения и вычисляет разницу времен прихода ПСП, как если бы эти ПСП излучались одновременно.
Поскольку координаты точек 1 ÷ N известны (сообщались), то объект вычисляет собственное положение относительно геометрической фигуры, задаваемой точками 1, 2, 3, …, N, то есть он теперь знает положение ЛА относительно себя. Если у него имеется компас, то он может определить направление на ЛА, после чего он посылает ему с помощью направленной антенны свою ПСП, сообщая о своих координатах, вычисленных им относительно системы точек 1 ÷ N. ЛА принимает его ПСП, определяет момент ее получения, вычисляет расстояние до объекта. Уточняет его положение. Задача решена.
Иллюстрация второй части задачи поиска и спасения (передача сигнала на ЛА) приведена на рис. 6.
ЛИТЕРАТУРА
«Противоугонный радиопоиск СФИНКС», 2000 http://www.autoreview.ru/new_site/year2000/n22/radiosfinks/radiosfinks.htm.
Мир науки и техники «Новая система навигации Locata будет в сотни раз точнее, чем GPS», 2011 http://mirnt.ru/aviation/sistema-navigacii-locata.
http://cds.my1.ru/publ/armija/mnogopozicionnaja_sistema_nabljudenija_mpsn_mera/2-1-0-189.
https://www.aex.ru/news/2016/11/30/162964.
А. Фиолентов. «Новые технические системы разведки воздушных целей», 2000, http://pentagonus.ru/publ/materialy_posvjashheny/2000_nastojashhij_moment/novye_tekhnicheskie_sistemy_razvedki_vozdushnykh_celej/122-1-0-1508.
Конфликтно-устойчивые радиоэлектронные системы. Методы анализа и синтеза. Под ред. С. В. Ягольникова, Радиотехника, 2015.
Черняк В. С. Многопозиционные радиолокационные системы на основе MIMO РЛС, Радиотехника, № 8, 2012.
http://www.radiotec.ru/catalog.php?cat=jr4&art=11520.
Кондратьев В. С., Котов А. Ф., Марков Л. Н. Многопозиционные радиотехнические системы. М.: Наука, 1973.
Согласно предварительному анализу, ЛСН-Прогресс имеет гибкую архитектуру и регулируемые параметры, реализует прием в синхронном и асинхронном режимах, что определяет возможность активной и пассивной навигации. При использовании в качестве рабочего сигнала ПСП, имеется возможность выбора ее параметров:
длина от 1024 символов —ПСП1024;
допустимое отклонение частоты ПСП1024, от номинальной ±10 кГц;
диапазон работы 0,1–2,5 ГГц;
тактовая частота 1 МГц;
модуляция — BPSK;
интервал измерения момента поступления ПСП1024 в ЛСН — 1 мс;
инструментальная погрешность измерения момента приема ПСП1024 в режиме навигации не больше 1ps, в асинхронном режиме — не больше 10ps.
При увеличении длительности сигнала, в частности, для ПСПN1024 допустимое рассогласование частоты входного сигнала от номинальной уменьшается в N раз, при увеличении помехозащищенности в те же N раз. ЛСН-Прогресс имеет измерительный/навигационный канал и канал квитирования. В частности, в авиационном варианте это сигнал с GFSK модуляцией в полосе 25 кГц. Помимо квитирования он может быть использован для создания авиационных самоорганизующихся сетей АЗН-В. Наличие в составе K1917ВС014 микроконтроллера и ОЗУ 1 МБ позволяет использовать цифровую часть СК для генерации ПСП, имеющей длину не меньшую 2200, и для решения навигационных задач.
Известно, что наибольшие проблемы при создании локальных систем навигации связаны с наличием статистически неровной границы, с переотражениями от нее навигационного и связного сигналов. С одной стороны, это влияет на точность навигации, а несогласование пропускной способности приземной линии связи со скоростью поступления информации в ЛСН приводит и к искажению информации в приземной линии связи, и к перегрузке ЛСН. По этой причине в некоторых задачах имеется необходимость снизить интенсивность поступающего потока информации. Это можно сделать, например, путем ограничения амплитуды. Для согласования пропускной способности приземной линии связи с темпом поступления информационного потока можно воспользоваться преобразованием время — пространственная координата, а затем снизить скорость передаваемого редуцированного сообщения до значения, согласованного с каналом связи. Издержки предлагаемого метода согласования связаны с нестабильностью частот на приемных пунктах ЛСН, с искажениями скорости передачи информационной последовательности с пункта на пункт, с наличием помехи многопутного распространения (ПМР), но при существенном ограничении скорости передачи информационного потока можно полностью избавиться от ПМР (это и есть одна из целей редукции).
Как правило, структура ЛСН представляет собой внешний формирующий навигационный сигнал периметр. Обобщенная схема ЛСН представлена на рис. 1. Предполагается, что навигационное поле ЛСН позволяет определить координаты абонента относительно заданной системы координат. В наиболее общей форме ЛСН базируется на (при)поднятых над поверхностью пунктах размещения приемо-передающей аппаратуры ЛСН: вешках, зданиях, аэростатах, дирижаблях, летательных аппаратах (ЛА), беспилотных ЛА (БЛА), пилотируемых ЛА (ПЛА), спутниках (низкоорбитальных), имеющих устойчивые орбиты, в частности, геостационарные. Дальность действия D ЛСН на необорудованной территории ограничивается радиогоризонтом, определяемым по приближенной формуле (1):
Eqn001.eps,(1)
где h1 — высота приемо-передающего пункта ЛСН в метрах, h2 — пункта потребителя услуг ЛСН в метрах.
Легко видеть, что за счет эшелонирования район обслуживания ЛСН ограничивается только возможностью формирования района действия ЛСН и ничем другим.
Среди ЛСН наиболее экзотическими являются скрытные системы обнаружения и спасения ценных грузов. Рассматривается следующая схема взаимодействия и формирования ЛСН (навигационного поля) и «ценного груза (ЦГ)», изображенная на рис. 2.
Технология поиска:
ЛА излучает ПСП и передает свои текущие координаты и время.
На стороне ЦГ эта информация принимается.
После того как получены значения хотя бы с трех-четырех точек траектории, ЦГ вычисляет взаимные координаты ЛА-ЦГ в системе координат ЛА.
Затем ЦГ направляет ПСП сигнал на ЛА, передавая и собственные координаты и свое точное время.
Получив эти данные, ЛА направляется к ЦГ, забирает его и, тем самым, его спасает.
Особенность построенной ЛСН в том, что она существует виртуально (все точки, по которым проводятся вычисления координат ЦГ, известны только в прошлом), то есть ЛСН синтезируется по допустимым замерам, а не существует фактически. Можно было бы направить на поиск и спасение ЦГ четыре ЛА, но в реальных условиях это слишком дорого, поэтому приемлемым для практики является решение, основанное на построении и использовании синтезированной ЛСН.
Характеристика локальных систем навигации
В качестве ЛСН может рассматриваться любая система определения собственного местоположения объекта по наблюдаемым параметрам навигационного поля, в которое он погружен. Таким образом, с понятием ЛСН связаны две сущности:
навигационный сигнал (поле);
датчик навигационного поля— датчик (нп).
В противовес ЛСН особым образом выделяются глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС). С другой стороны, от ЛСН ее отличает только граница области формирования системы.
Типы ЛСН
Различают:
ЛСН на стационарном основании;
ЛСН на подвижном основании;
ЛСН смешанные;
ЛСН обобщенные.
Имеются различия ЛСН и по среде применения: наземные, подземные, надводные, подводные, космические и т. п. Иногда можно отказаться от характеристики ЛСН как сети, делая акцент только на навигации.
Система единого времени (СЕВ)
Следующая характеристика ЛСН — временная нестабильность ее компонентов и датчиков пользователей. Система единого времени отвечает за время во всех точках ЛСН: на опорных станциях.Если пользователь знает собственное время в шкале СЕВ, то, определяя время прихода сигнала с опорной станции (ОС), пользователь может определить расстояние от себя до нее. В плоской геометрии (наземная ЛСН) достаточно двух опорных станций для определения собственных координат в плоскости, в трехмерной ЛСН — трех. Это очень важное замечание, поскольку позволяет существенно снизить сложность вычислений и повысить точность расчетов координат за одинаковое с аналогом время. В том случае, если время пользователя не синхронизовано со временем ЛСН, то, измеряя псевдодальности до трех ОС и текущее время, можно восстановить (для плоской ЛСН) координаты пользователя и системное время в шкале СЕВ. Измерение четырех псевдодальностей до ОС и времени дает возможность восстановления собственных координат и собственного времени в трехмерной ЛСН.
Система связи
Другой важный вопрос связан с наличием (отсутствием) встроенной в ЛСН системы связи. Отсутствие встроенной системы связи предполагает априорное знание геометрии ЛСН и расписания работы излучателей ОС. Напротив, система связи позволяет проинформировать и пользователей, и другие составные части ЛСН об этих параметрах, что определяет возможность реализации любого типа локальной системы навигации. Естественно потребовать от этой системы связи, чтобы она не раскрывала факта и режимов работы ЛСН, то есть ее сигналы должны иметь тот же формат, что и сигналы ЛСН в режиме навигации.
Система синхронизации
Синхронизация ЛСН зависит от ее предполагаемой точности и предъявляемых к ней требований по кибербезопасности. Например, ЛСН «Локата» (2013 года выпуска, разработчик США) имеет открытую систему синхронизации, представляющую собой центральный генератор сигнала и приемники, находящиеся на опорных станциях, по сигналам с которых опорные станции синхронизируются. Примеры таких систем синхронизации известны многие десятки лет, например, российская станция «Маяк». Нельзя утверждать, что она обладает высокой устойчивостью к естественным и, тем более, к организованным помехам. На пересеченной местности, покрытой растительностью, фаза сигнала, приходящего на опорную станцию, зависит от суммы парциальных составляющих, пришедших различными путями. В радиолокации такие составляющие имеют название помех многопутного распространения. Поэтому, даже в отсутствии организованной помехи, открытая система синхронизации может не обеспечить когерентности ЛСН. Перескоки фазы на опорных пунктах, связанные с ветровой нестабильностью, приводят к появлению значительных ошибок системы открытого типа. Организованные помехи, ложные (имитационные помехи системе синхронизации) легко выводят подобную ЛСН из строя. Но в отсутствие естественных и организованных помех, навигация по ее сигналам позволяет обеспечить погрешность определения собственных координат до долей фазы, то есть 5–10 см (усредненная на секундном интервале).
Типы сигналов, используемых в ЛСН
Первоначально в ЛСН использовались прямоугольные сигналы, генерация которых достаточно проста и хорошо освоена. Но попытки улучшения точности пеленгации объектов, например, в авиации или смежных областях [3–5], при наличии ограниченного типа сигналов, вынуждают разработчиков систем рассматривать сигналы других типов.
Инструментальная погрешность ЛСН-ПРОГРЕСС
Результаты экспериментальных исследований технологий ЛСН по определению инструментальной погрешности измерения местоположения пика КФ были любезно предоставлены Татарчуком И. А. и Григорьевым И. Д. На рис. 3 изображены пики корреляционных функций (КФ), на рис. 4 представлено увеличенное в 20 раз изображение. Между КФ интервал 20 мс, длина КФ = 1024 мс, тактовая частота 1 МГц, СКО однократного измерения положения пика КФ — 0,1 нс.
Из представленных графиков следует, что пики КФ уменьшают амплитуду от функции к функции, то есть они реагируют на изменение частоты передатчика относительно частоты приемника. Из тех же графиков следует, что усредненная на секундном интервале СКО равна 3,3 пс.
Иллюстрация синтезированных локальных систем навигации
Основная задача: «Поиск и спасение объектов, в частности человека, на неконтролируемой территории»
Как отмечено выше, сложность ее решения заключается в том, что поисками объекта могут заниматься одновременно несколько сторон, не всегда дружественных друг другу. Объект заинтересован в положительном результате только для одной из них. Поэтому возникает основной вопрос: как построить схему поиска и спасения, позволяющую скрытно сообщить о собственном местоположении дружественной ему стороне. Для поиска используется летательный аппарат (ЛА), а сам поиск осуществляется в радиодиапазоне с тем, чтобы обеспечить и всепогодность, и скрытность [6]. Наиболее подходящей является многопозиционная авиационная система (МПС) [7, 8], позволяющая определить координаты радиоконтрастного объекта с высокой точностью. Но количество ЛА в МПС, направляемых на операцию поиска и спасения, не превышает, как правило, одного (иначе дорого), а сигнал о спасении может быть послан только один раз, по тем же причинам — обеспечение скрытности. Отсюда вытекает необходимость использовать сложный псевдослучайный сигнал (ПСП). Сама схема может выглядеть следующим образом (рис. 5): ЛА движется по траектории и сканирует псевдослучайным сигналом поверхность в районе предположительного нахождения разыскиваемого объекта. Каждая ПСП маркирована моментом излучения (в шкале времени ЛА) и координатами нахождения ЛА. Объект принимает часть сигналов, излученных с ЛА, и знает моменты излучения ПСП и координаты ЛА, отнесенные к моменту излучения. Моменты получения ПСП он измеряет в своей шкале времени.
Объект измеряет моменты прихода ПСП, знает их моменты излучения и вычисляет разницу времен прихода ПСП, как если бы эти ПСП излучались одновременно.
Поскольку координаты точек 1 ÷ N известны (сообщались), то объект вычисляет собственное положение относительно геометрической фигуры, задаваемой точками 1, 2, 3, …, N, то есть он теперь знает положение ЛА относительно себя. Если у него имеется компас, то он может определить направление на ЛА, после чего он посылает ему с помощью направленной антенны свою ПСП, сообщая о своих координатах, вычисленных им относительно системы точек 1 ÷ N. ЛА принимает его ПСП, определяет момент ее получения, вычисляет расстояние до объекта. Уточняет его положение. Задача решена.
Иллюстрация второй части задачи поиска и спасения (передача сигнала на ЛА) приведена на рис. 6.
ЛИТЕРАТУРА
«Противоугонный радиопоиск СФИНКС», 2000 http://www.autoreview.ru/new_site/year2000/n22/radiosfinks/radiosfinks.htm.
Мир науки и техники «Новая система навигации Locata будет в сотни раз точнее, чем GPS», 2011 http://mirnt.ru/aviation/sistema-navigacii-locata.
http://cds.my1.ru/publ/armija/mnogopozicionnaja_sistema_nabljudenija_mpsn_mera/2-1-0-189.
https://www.aex.ru/news/2016/11/30/162964.
А. Фиолентов. «Новые технические системы разведки воздушных целей», 2000, http://pentagonus.ru/publ/materialy_posvjashheny/2000_nastojashhij_moment/novye_tekhnicheskie_sistemy_razvedki_vozdushnykh_celej/122-1-0-1508.
Конфликтно-устойчивые радиоэлектронные системы. Методы анализа и синтеза. Под ред. С. В. Ягольникова, Радиотехника, 2015.
Черняк В. С. Многопозиционные радиолокационные системы на основе MIMO РЛС, Радиотехника, № 8, 2012.
http://www.radiotec.ru/catalog.php?cat=jr4&art=11520.
Кондратьев В. С., Котов А. Ф., Марков Л. Н. Многопозиционные радиотехнические системы. М.: Наука, 1973.
Отзывы читателей
