Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
POSITIONING METHOD FOR LOCAL NAVIGATION SYSTEMS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/099619
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to radio navigation and can be used in local navigation systems and networks for controlling the movement of mobile objects in local navigation zones. The method consists in generating, on a navigated object, two high frequency harmonic signals having the same strength and different frequencies, simultaneously emitting the signals and receiving same at several radio navigational reference points with known coordinates, generating difference frequency signals at said points from the high frequency signals received from the navigated object, transmitting the difference frequency signals generated to a central processing point, and measuring the phase differences of the difference frequency signals arriving from different pairs of radio navigational reference points, wherein, prior to emission, one of the high frequency harmonic signals to be emitted is phase modulated by a periodic rectangular pulse sequence with a phase deviation of 180°, as a result of which it is converted into a binary phase-modulated signal, the binary phase-modulated difference frequency signals received from each radio navigational reference point are phase detected at the central processing point using, as reference signals for phase detection, non-modulated difference frequency signals obtained from said binary phase-modulated signals, the modulating rectangular pulse sequence is identified and the phase differences of the identified pulse sequences are measured for each pair of radio navigational reference points and the results of these measurements, together with the results of the corresponding phase difference measurements of modulated difference frequency signals, are converted into coordinates of the navigated object, wherein the modulated difference frequency signals are generated from binary phase-modulated difference frequency signals by converting same by non-linear inertia-free conversion, identifying the second harmonic of the converted signal and dividing the frequency by two.

Inventors:
SHEBOLKOV VIKTOR VASILEVICH (RU)
CHERNETSKIY ROMAN IVANOVICH (RU)
Application Number:
PCT/RU2015/000867
Publication Date:
June 15, 2017
Filing Date:
December 10, 2015
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
JOINT STOCK COMPANY AZOV OPTICAL AND MECH PLANT (RU)
International Classes:
G01S3/48; G01S5/06
Foreign References:
RU2263323C22005-10-27
RU2559813C12015-08-10
US4728959A1988-03-01
Download PDF:
Claims:
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ определения местоположения для систем локальной навигации, за- ключающийся в формировании на объекте навигации двух высокочастотных гармонических сигналов с "одинаковой мощностью и разными частотами, их одновременном излучении и приёме в нескольких опорных радионавигацион- ных точках с известными координатами, формировании в этих точках сигналов разностной частоты из принятых от объекта навигации высокочастотных сиг- налов, передачу сформированных сигналов разностной частоты в центральный пункт обработки, измерении там разностей фаз сигналов разностной частоты, поступивших из разных пар опорных радионавигационных точек, отличаю- щийся тем,что перед излучением один из излучаемых высокочастотных гар- монических сигналов модулируют по фазе периодической последовательно- стью прямоугольных импульсов с девиацией фазы 180°, вследствие чего он преобразуется в бинарный фазоманипулированный сигнал, в центральном пункте обработки принятые из каждой опорной радионавигационной точки би- нарные фазоманипулированные сигналы разностной частоты детектируют по фазе, используя в качестве опорных сигналов для фазового детектирования не- модулированные сигналы разностной частоты, полученные из этих же бинар- ных фазоманипулированных сигналов, выделяют модулирующую последова- тельность прямоугольных импульсов и измеряют разности фаз выделенных по- следовательностей импульсов для разных пар опорных радионавигационных точек, а результаты этих измерений совместно с результатами соответствую- щих измерений разностей фаз немодулированных сигналов разностной частоты пересчитывают в координаты объекта навигации, при этом немодулированные сигналы разностной частоты формируют из бинарных фазоманипулированных сигналов разностной частоты путем их нелинейного безинерционного преобра- зования, выделения второй гармоники преобразованного сигнала и деления ее в два раза по частоте.

Description:
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ ЛО-

КАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано в локальных навигационных системах и сетях для управления движением мо- бильных объектов в локальных зонах навигации.

Известен защищенный патентом РФ Ν» 2204145, кл. G01S 3/46, 2003 спо- соб определения координат источника излучения, основанный на приёме его сигнала тремя антеннами, образующими ортогональные базы.

Такое действие, как определение направления на источник излучения, яв- ляется существенным признаком и заявляемого способа.

Известен также защищенный патентом РФ N° 2013785, кл. G01 S 13/00, 1994, способ определения местоположения подвижных объектов, заключаю- щийся в излучении кодированных сигналов передатчиками объектов, приёме сигналов в ^пространственно разнесённых пунктах с последующей ретрансля- цией их на центральный пункт обработкии измерении задержек между приня- тыми сигналами.

Ретрансляция сигналов на центральный пунктобработки является сущест- венным признаком и заявляемого способа.

Причиной, препятствующей достижению в этих аналогах, защищенных патентами РФ, технического результата, обеспечиваемого изобретением, явля- ется необходимость использования достаточно сложной системы единого вре- мени.

Известен разностно-дальномерный способ определения местоположения мобильных объектов, заключающийся в поочерёдном излучении сетью опор- ных навигационных пунктов, расположенных в точках пространствас извест- ными координатами, когерентных гармонических сигналов, их приёме на мо- бильном объекте, принятых от каждого опорного объекта и вычислении по ним координат мобильного объекта [Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радиолокаци- онные и радионавигационные системы. - М.: Радио и связь, 1994, с. 21 1-214].

Измерение фазовых сдвигов сигналов и вычисление по ним координат мобильного объектаявляется существенным признаком и заявляемого способа.

Причиной, препятствующей достижению в этом аналоге технического ре- зультата, обеспечиваемого изобретением, является необходимость в использо- вании высокоточной шкалы единого времени на объекте навигации и слож- ность реализации при больших расстояниях между опорными радионавигаци- онными точками и объектом навигации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является способ определения местоположения объекта навигации (заявка на па- тент Ν«20141 16786 от 24.04.2014, решение о выдаче патента от 05.06.2015).

Способ заключается в формировании и одновременном излучении объек- том навигации двух высокочастотных гармонических сигналов с одинаковой мощностью иотличающимися на заданную величину частотами, приеме их в нескольких опорных радионавигационных точках с известными координатами и формировании из них сигналов разностной частоты, передаче указанных сиг- налов разностной частоты в центральный пункт обработки, измерении в нем разностей фаз сигналов разностной частоты, полученных из разных опорных радионавигационных точек.

Такие действия, как формирование и одновременное излучение объектом навигации двух высокочастотных сигналовс одинаковой мощностью иотли- чающимися на заданную величину частотами, прием их в нескольких опорных радионавигационных точках с известными координатами и формированиесиг- налов разностной частотыиз принятых высокочастотных, передача указанных сигналов разностной частоты в центральный пункт обработки, измерениев нем разностей фаз сигналов разностной частоты, полученных из разных опорных радионавигационных точек, являются существенными признаками заявляемого способа. Причиной, препятствующей обеспечению в способе-прототипе техниче- ского результата, обеспечиваемого изобретением, являются небольшие размеры области пространства, в пределах которой возможно однозначное измерение координат объекта навигации с высокой точностью. Размеры этой области про- странства в способе-прототипе ограничены областью пространства, в которой расстояния между объектом навигации и каждой из опорных радионавигацион- ных точек отличаются между собой не более, чем на половину длины волны сигнала разностной частоты, равной разности частот высокочастотных гармо- нических сигналов, излучаемых объектом навигации.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, явля- ется расширение области пространства, в пределах которой возможно одно- значное измерение координат объекта навигации без снижения точности.

Для достижения указанного технического результата в известном способе определения местоположения объекта навигации, заключающемся в формиро- вании на объекте навигации двух высокочастотных гармонических сигналов с одинаковой мощностью и разными частотами, их одновременном излучении и приёме в нескольких опорных радионавигационных точках с известными коор- динатами, формировании в этих точках сигналов разностной частоты из приня- тых от объекта навигации высокочастотных сигналов, передачу сформирован- ных сигналов разностной частоты в центральный пункт обработки, измерении там разностей фаз сигналов разностной частоты, поступивших из разных пар опорных радионавигационных точек, перед излучением один из излучаемых высокочастотных гармонических сигналов модулируют по фазе периодической последовательностью прямоугольных импульсов с девиацией фазы 180°, вслед- ствие чего он преобразуется в бинарный фазоманипулированный сигнал, в цен- тральном пункте обработки принятые из каждой опорной радионавигационной точки бинарные фазоманипулированные сигналы разностной частоты детекти- руют по фазе, используя в качестве опорных сигналов для фазового детектиро- вания немодулированные сигналы разностной частоты, полученные из этих же бинарных фазоманипулированных сигналов, выделяют модулирующую после- довательность прямоугольных импульсов и измеряют разности фаз выделенных последовательностей импульсов для разных пар опорных радионавигационных точек, а результаты этих измерений совместно с результатами соответствую- щих измерений разностей фаз немодулированных сигналов разностной частоты пересчитывают в координаты объекта навигации, при этом немодулированные сигналы разностной частоты формируют из бинарных фазоманипулированных сигналов разностной частоты путем их нелинейного безинерционного преобра- зования, выделения второй гармоники преобразованного сигнала и деления ее в два раза по частоте.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведены:

- на фиг. 1 - взаимное положение объекта навигации и трёх опорных ра- дионавигационных точек в прямоугольной системе координат 0XY;

- на фиг. 2 - зона однозначного определения координат объекта навигации в привязке к этим точкам.

- фиг. 3 - пример реализации устройства для формирования сигнала разно- стной частоты.

Функционирование способа поясняется фиг.1, на которой показаны мо- бильный объект (МО) навигации, находящийся в точке с неизвестными коор- динатами Хмо и Умо, опорные радионавигационные точки ОРТ1 , ОРТ2и ОРТЗ, расположенные в точках с известными координатами Х\ и 7 Х 2 и Г 2 и Х 3 и 7 3 соответственно, а также центральный пункт обработки (ЦПО), расстояния от которого до точек ОРТ1, ОРТ2иОРТЗ равны соответственно R , R 2 HR 3 . Там же показаны расстояния , D 2 , D3 между объектом навигации и опорными радио- навигационными точками.

С объекта навигации излучают в направлении точек ОРТ1 , ОРТ2 и ОРТЗ сигнал S M0 (t) , представляющий собой сумму двух высокочастотных сигналов с частотами ω^ω 2 , один из которых (например, сигнал с частотой со 2 ) модули- рован по фазе последовательностью прямоугольных импульсов с девиацией фа- зы 180°: S M0 (t) = A * cos (ω,ΐ + + cos (co 2 i + <p 2 +r (/) *π) где r (t) -периодическая последовательность прямоугольных импульсов с уровнями 0 и 1.

Эти сигналы излучают в течение промежутка времени, достаточного для проведения фазовых измерений этих сигналов (эти измерения осуществляют в НПО, подробнее об этом будет сказано ниже). Указанные сигналы имеют ам- плитуды А и начальные случайные фазы φ λ и <р 2 .

Излучаемый МО сигнал принимается в точках ОРТ1, ОРТ2 и ОРТЗ, уда- ленных от объекта навигации на расстояния Д, D 2 HD 3 соответственно. Прини- маемые в указанных точках сигналы S \ (t), S 2 (t)n S fi) можно описать следующи- ми выражениями:

гдес=2,9979- 10 м/с - скорость распространения радиоволн в атмосфере.

В каждой из опорных радионавигационных точек из принятого сигна- ла^ (г = 1, 3) представляющего собой сумму двухуказанных высокочастот- ныхсигналовс частотамисо / иа> 2 , формируют бинарные фазоманипулированные сигналы с разн

с J с J Эти сигналы различаются амплитудами и фазами, которыеопределяются расстояниями/^, D 2 H 3 соответственно. Сформированные бинарные фазомани- пулированные сигналы разностной частоты по проводным каналам передают в ЦПО. Таким образом, в ЦПО принимают три следующих сигнала:

1) сигнал поступивший из ОРТ1 :

где у - скорость распространения гармонического сигнала по проводному- каналу.

Он отличается от сигнала s 0PT{ (7) амплитудой, а также дополнительной за- R,

держкои соответственно, дополнительным фазовым сдвигом

Я,

® р ),которыеобу словлены прохождением расстояния R \ , разделяющего ОРТ1

сигнал поступивший из ОРТ2:

Он отличается от сигнала S 0PT2 (t) амплитудой, а также дополнительной задержкой (и, соответственно, дополнительным фазовым сдвигом

V

),которыеобусловлены R 2 , разделяющего ОРТ2 и ЦПО

V

3) сигнал, поступивший из ОРТЗ:

5 цз (0 π + φ ι - φ 2

Он отличается от сигнала ^ОРТЗ (0 амплитудой,а также дополнительной за- держкои (и, соответственно,дополнительным фазовым сдви-

V R 3

гом ω ν ),которыеобусловлены прохождением расстояния Rj, разделяющего ОРТЗ и ЦПО.

В ЦПО поступившие из опорных радионавигационных точек бинарные фа- зоманипулированныесигналы $щ ( t) , z * = (1, 3) преобразуютв немодулированные по фазе и нормированные по амплитуде сигналы разностной часто- ты £ оя , ( ) , г = (1, 3) , а также детектируют сигналы s w (/) , / = (1, 3) по фазе ивы- деляют из них мо лирующие последовательности прямоугольных импульсов г (t) = г t + , i - (1, 3) .В качестве опорного сигнала для фазового детек- тирования каждого сигнала^ (t) , i = (1, 3) , используют немодулированный сигнал s om , полученный из этого же сигнала {t) , i = (1, 3) .

Затем для разных пар опорных радионавигационных точек измеряют раз- ности фаз немодулированных сигналов разностной частоты s om . (ί), / = (1, 3) , сформированных из соответствующих сигналов $ щ {t) , i - (1, 3) , а также разно- сти фаз модулирующих последовательностей r l {t) - r , / = (1, 3) и

решают навигационную задачу: вычисляют координаты объекта навигации.

Немодулированные по фазеи нормированные по амплитуде сигналы раз- ностной частоты s om (t) , / = (1, 3) получаютиз бинарных фазоманипулирован- ных сигналовследующим образом. Каждый из сигналов s lfi (ί) , / = (1, 3) подвер- гают нелинейному безинерционномупреобразованию путем пропускания этого сигнала через нелинейное безинерционное устройство с амплитудной характе- ристикой, четного типа (например, квадратичной).После указанногонелинейно- го преобразования выделяют вторую гармонику сигнала и делят ее в два раза по частоте. Пример реализации такого преобразования иллюстрируется фиг.З, где использованы следующие обозначения: Π - блок перемножения сигналов;

ПФ - полосовой фильтр;

УО - усилитель-ограничитель сигнала по амплитуде;

ДЧ - делитель частоты.

В блоке перемножения П бинарный фазоманипулированный сигнал умно- жается сам на себя (по сути возводится в квадрат), вследствие чего на выходе блока перемножения формируется сумма двух сигналов: сигнала с нулевой час- тотой (постоянной составляющей) и гармонического сигнала с военной раз- ностной частотой. Компонента фазового угла с удво-

енной разностной частотой, обусловленная фазовой модуляцией, удваивается по величине, вследствие чего она принимает одно из двух значений (0 или 2п), и бинарный фазомодулированный сигнал удвоенной разностной частотыо- казывается емодулированным по фазе, т е. гармоническим.

Полосовой фильтр ПФ, настроенный на частоту 2ω ρ , выделяет гармониче- скийсигнал удвоенной частоты, усилитель-ограничитель УО нормирует его по амплитуде, а делитель частоты ДЧ делит в два раза по частоте сигнал с выхода УО, вследствие чего формируетсянормированный по амплитуде сигнал с раз- ностной частотой ω ρ TOesgn (x) - знаковая функц:

Сформированные таким путем сигналы S om (^ используются для решения двух следующих задач:

1) в качестве опорных сигналов для фазового детектирования соответст- вующих бинарных фазоманипулированных сигналов ^ / ( ) ;

2) для непосредственных измерений разностей фаз сигналов принятых в разных парах опорных радионавигационных точек на разностной частоте (Ор.

Каждый из сформированных сигналов S 0IJi (t) разностной частоты можно представить в следующем виде:

В ЦПО измеряют разность фаз Δψ 2\ - ψ 2 ~ ψ \ сигналов ^о г ( и s om (0 , а также и разнос в s oni (0 й s on2 ) :

Как следует из этих выражений, разности фаз Αψ 1 λ ΆΛψ Ύ не зависят от начальных фаз излучаемых МО сигналов φ λ и φ 2 .

R 2 - R { R 2 -R 2

Вторые слагаемые и а> 9 в уравнениях для разностей фаз

Ay 2 l n A i 23 представляют собой фазовые набеги сигналов разностной частоты при их распространении из опорных радионавигационньк точек к ЦПО. Онине зависят от пространственного положения объекта навигации иполностью опре- деляются лишь расположением ЦПО относительно точек ОРТ1, ОРТ2 и ОРТЗ. Их можно рассчитать заранее и исключить из измеренных величин разностей фаз Λψ ΥίΔψ 22 .

Из измеренных в ЦПО разностей фаз Δψ 2 \ Ац/ вычитают указанные

R,— Я. R 2 -R

выше фазовые набеги и В результате этого получают

V V

разности фаз сигналов разностной частоты непосредственно для опорных ра- дионавигационных точек ОРТ2 и ОРТ1, а также ОРТ2 и ОРТЗ.

R 2 - R,

Αφ 2 =Αψ 2

R 2 -R.

Αφ 22 =Αψ 23 ρ

v

Помимо разностей фаз Δψ κΔψ 23 Β ЦПО измеряют разности фаз ψ ι г -2\ и ψ г 23 последовательностей прямоугольных импульсов, выделенных из соот- ветствующих бинарных фазоманипулированных сигналов Ящ путем их демодуляции по фазе.

Эти разности фаз наряду с указанными выше разностями фазА ( 21 и

Δ 23 соответствующих последовательностей прямоугольных импульсов, вы- деленных из бинарных фазоманипулированных сигналов, используют для вы- числения координат объекта навигации.

Последовательность прямоугольных импульсов г Ц1 (t) , выделенную путем фазового детекти ования сигнала

можно представить в следующем виде:

гдеТ - период повторенияимпульсов модулирующей последовательности r(t). Величины — представляют собой задержки сигнала г щ ( ) , кото-

рые он получает при прохождении расстояний Д и R, от объекта навигации до г ' -ой опорной радионавигационной точки и от этой точки до ЦПО. Этим за- держкам соответствуют фазовые сдвиги ~ — — и ~ .

1 П с 1 П V

Разности фаз последовательностей прямоугольных импуль- сов, г ц \ {t) И- Гцг ^ ) , цз (t) полученных в результате фазового детектирования сигналов ( ) , ц1 (?) и ^ 2 (^), 5 цз ( определяются следующими формулами

23 непосредственноизмеряются в ЦПО.Величины задер-

R 2 - R { R 2 - R 3

жек —, и соответствующих им фазовых сдвигов не

зависят от пространственного положения объекта навигации и определяются лишь расположением ЦПО относительно точек ОРТ1, ОРТ2 и ОРТЗ. Эти вели- чины можно рассчитать заранее и исключить их из измеренных значений.

Из измеренных в ЦПО разностей фаз ψ τ1λ и А^ 23 вычитают указанные

2 * л- R 2 - R, 2 * тг Л - выше фазовые набеги—— и _ . В результате находят раз-

Т п v Т п v

ности фаз последовательностей прямоугольных импульсов для опорных точек ОРТ2 и ОРТ1, а также ОРТ2 и ОРТЗ и получают разности фаз сигналов моду- лирующих последовательностей приведенные к опорным радионавигационным точкам. ν

Полученные величины Δφ Γΐλ Η ^ 23 используются для устранения неод- нозначности фазовых измерений величин А^ 21 и А^? 23 з что позволяет расши- рить зону однозначного измерения координат объекта навигации, сохранив прежнюю точность их измерения.

Зона однозначного определения координат объекта навигации в прототипе ограничена только той областью пространства, в которой разности фаз 1 ( / 2 1 и ^ ^23 сигналов разностной частоты не выходят за пределыинтерва- ла [-π/2 -π/2] ,т.е. когда в пределах указанной области пространства расстоя- нияот любой ее точки до любой из опорных радионавигационных точекразли- чаются между собой не более, чем на половину длины волны λ ρ сигнала разно- стной частоты ω ρ .

Для расширения области однозначного определения координат необхо- димо увеличивать величину р , и, следовательно, снижать величину разност- ной частоты&> р . При неизменной точности фазовых измерений это приводит к снижению точности определения координат.

В предлагаемом способе для расширения области однозначного измере- ния координат объекта навигации используют результаты измерений разностей фаз модули ющих пе иодических последовательностей прямоугольных им- пульсов i ,полученных путем фазового детектирования бинарных фазоманипулированных сигналов s l ^ j (t) ; i = (13) , поступивших в

ЦПО из соответствующих пар опорных радионавигационных точек.

При этом период повторения Т п иос л едовательности прямоугольных им- пульсов, используемой для бинарной фазовой модуляции сигнала с частотой ) 2 выбирается, исходя из протяженности AD max области пространства одно- значного измерения координат объекта навигации

2 * A

1 П _

С

Разности фаз А(р г2х и А#> г23 наряду с разностями фаз А< 23 и Δ< > 23 исполь- зуются для вычисления разности дальностей D 2 -D и ~А > которые в свою очередь используют для вычисления координат объекта навигации.

Измеренияразностей фаз Αφ и А#? 23 на частоте ® ν однозначнытолько в пределах области пространства ограниченной криволинейным четырехуголь- ником ABEF (фиг.2). За пределами этой области измеренные на частоте

&> р Величины Δφ и Αφ 2 разностей фаз отличаются от фактических „факт __ „факт «.

ί φ 2] и Άφ 23 на величины, кратные 2тг.

Αφ^ =Αφ 2 + 2Κ 2 π

где : 2 1 ик 23 - целое число длин волн сигнала с частотой ω ρ , на которое различа- ются разности расстояний D - А и D 2 - £>з между объектом навигации и соответ- ствующими радионавигационными точками.

Для нахождения величин к \ як 23 предлагается использовать результаты измеренийразностейфаз Аср г2Х и А ( р г23 периодических последовательностей прямоугольных импульсов, полученных в результате фазового детектирования бинарных фазоманипулированных сигналов, полученных в НПО из соответст- вующих радионавигационных точек.

где П ~ ~~ отношение периодов повторения модулирующей последо- вательности прямоугольных импульсов и сигнала разностной частоты;

int( ) - целая часть аргумента х.

Величины^ 1 и ^представляют собой целое число периодов сигнала с час- тотой й ) р ,которое укладывается на интервалах времени, соответствующих из- меренным разностям фаз φ 21 и А#> 23 .

Ниже приведён алгоритм пересчёта результатов фазовых измерений в ко- ординаты объекта навигации. Этот алгоритм применим для локальных навига- ционных систем, когда допустимо пренебречь сферичностью Земли, а скорость распространения радиоволн в зоне действия навигационной системы можно считать постоянной.

Исходными данными для расчёта являются:

- разность фаз Δ^ 21 сигналов, измеренная в НПО на частоте <У р для ра- дионавигационных точек ОРТ1 и ОРТ2;

- разность фаз А ?// 2 з сигналов, измеренная в ЦПО на частоте <2 р для ра- дионавигационных точек ОРТ2 и ОРТЗ ;

- измеренная в ЦПО разность фаз Δ ψ г1 выделенных из бинарных фазо- манипулированньгх сигналов последовательностейпрямоугольн ых импульсов, для радионавигационных точек ОРТ2 и ОРТ1 ;

- измеренная в ЦПО разность фаз А ^ . 23 выделенных из бинарных фазо- манипулированных сигналов последовательностейпрямоугольн ых импульсов, для радионавигационных точек ОРТ2 и ОРТЗ;.

Кроме того, в расчёте используются следующие параметры:

- значение первой высокой частоты со х ;

- значение второй высокой частоты со 2 ;

- период повторения Т и последовательностей прямоугольных импульсов, используемых для фазовой модуляции гармонического сигнала с частотой ω 2 ;. - скоростьраспространения радиоволн в атмосферес;

- скоростьраспространения радиосигнала по проводному каналуу;

- расстояние R 2 \ между второй и первой опорными радио- навигационными точками;

- расстояние R 23 между второй и третьей опорными радио- навигационными точками;

- расстояния R \ ,R 2 и 3 между ЦПО и ОРТ1, ОРТ2 и ОРТЗ соответственно; Порядок расчёта следующий.

1. Вычисляются разностная частота^ = с х - о 2 .

2. Вычисляются разности фаз

R-.— R,

Αφ 21 = Αψ 2 - ω ρ

ν

п ν

3.Вычисляются величины

4. Вычисляются фактические разности фаз сигналов для пар точек ОРТ2 - ОРТ1 и ОРТ2 - ОРТЗ на частоте ω ρ :

Δφξ" =Αφ 2] + 2^π

φ^ = Αφ 2 + 2к п 5. Решается навигационная задача - определяются координаты объекта навигации:

а) вычисляются разности расстояний от объекта навигации до опорных точек

Здесь D l , D 2 , D 3 - расстояния от объекта навигации (МО) до первой ОРТ1, вто- рой ОРТ2 и третьей ОРТЗ опорных радионавигационных точек в соответствии с фиг. 1/3;

б) AD 2 и АД 3 нормируются по длинам базовых линий, и вычисляется па- раметр J :

в) определяются постоянные параметры:

а = а 2 ] - а 23 ; Ь = yAd 23 - Ad 2 ] , где а 2] - угол между осью у и базовой линией R 2\ 22 - У ГОЛ между осью у и базовой линией R 23 ;

г) одним из численных итерационных методов решается уравнение для вычисления угла β 2 между базовой линией R 23 и направлением на объект на- вигации:

со8 (<я - 3 ) - усоз з = Ь ;

д) вычисляетсярасстояние £> 2 от точки ОРТ2 до объекта навигации

е) вычисляются координаты объекта навигации в местной прямоугольной системе координат, начало которой находится в точке ОРТ2:

£- D 2 cos {а 23 + β 23 ) , β= ^ 2 ήη (α 23 + β Ώ ).

При необходимости координаты объекта навигации пересчитываются в исходную прямоугольную систему координат

мо = Υ 2 + = Υ 2 + S in («23 + Аз) ·

То обстоятельство, что в предлагаемом способе используют бинарную фазовую модуляцию гармонического сигнала периодической последовательно- стью прямоугольных импульсов, а фазовые измерения выполняют для двух сигналов: сигнала разностной частоты ивыделенной из принятого фазоманипу- лированного сигнала последовательности прямоугольных импульсов с частотой существенно меньшей разностной частоты,позволяет сделать вывод о том, что предлагаемый способ позволяет значительно расширить область пространства, в которой возможно однозначное определение координат объекта навигациипо сравнению с прототипом,без ухудшения точности их измерения.

Чтобы обеспечить высокую точность измерения координат в способе- прототипе разностная частота &> р должна быть достаточно большой, но при этом область однозначного измерения координат невелика. В предлагаемом способе для расширения области однозначного измерения координат дополни- тельно используются фазовые измерения на частотеповторения выделенной из принимаемых сигналов модулирующей последовательности прямоугольных импульсов, которая выбирается в (5-40) разменынеразностной частоты. При этом измерения на частоте повторения модулирующей последовательности им- пульсовиспользуются лишь для исключения неоднозначности фазовых измере- ний, а для расчетакоординат объекта навигации используются результаты фазо- вых измерений на частоте ^ р , скорректированные с учетом возможной их не- однозначности, вследствие чего расширяется зона однозначного измерения ко- ординат и не ухудшается точность их измерения.

На фиг.2 показаны две заштрихованные области пространства, ограни- ченные четырёхугольниками ABEF и GNMK, в которых возможно однознач- ноеизмерение координат объекта навигации на разностной частоте (четырёх- угольниками GNMK)H на частоте повторения импульсов модулирующей по- следовательности с периодом Т п (четырёхугольник ABEF).

Сторонами четырехугольников являются линии положения, уравнения которых имеют сле ющий 'вид:

^X - X 2 f + (Y- Y 2 f - (X - X 3 f + (Y- Y 3 f = . λ λ

Здесь параметр -— длялиншЮН и GK равен, L =—— для линий ИМ и МК; сТ сТ

=— - для линий АВ и AF,H L x =— - - для линий BE и EF. Четырёхугольник

ABEF соответствует частоте повторения модулирующих прямоугольных им- пульсов примерно в 5 раз меньшей разностной частоты.Техническая реализа- ция способа не вызывает затруднений.

Для реализации предлагаемого способа навигации может быть выбран диапазон частот 1200- 1400МГц. Зона действия локальной навигационной сис- темы может составлять несколько сотен метров. Формирование двух гармони- ческих сигналов (основного и дополнительного) на объекте навигации можно реализовать на основе двух синтезаторов частоты, синхронизируемых общим опорным генератором и сумматора. В качестве синтезаторов частоты можно применить, например, микросхемы,в которых предусмотрена возможность из- менения частоты путем подачи соответствующих цифровых кодов на входы управления и которыепозволяют сформировать два высокостабильных гармо- нических сигнала с разносом частот от (0,1 - 100) МГц, в качестве опорного ге- нератора термостабилизированный.

Для приема гармонических сигналов в опорных радионавигационных точках можно использовать интегральные СВЧ-усилители. В качестве узла формирования сигнала разностной частоты можно использовать смеситель на транзисторе, в качестве нагрузки которого служит фильтр нижних частот с час- тотой среза 10 МГц. Передачу сигналов разностной частоты из опорных радионавигационных точек в центральный приемный пункт можно реализовать по проводным кана- лам, либо по радиоканалам с разделениемих по частоте.

Нормирование принятых в центральном пункте обработки сигналов по амплитуде можно осуществить путём амплитудного ограничения принятых сигналов разностной частоты.

Умножение частоты о р можно реализовать путём жесткого амплитудного ограничения гармонического сигнала с частотой ® р с последующей частотной фильтрацией требуемой гармоники, либо на основе схем с фазовой автопод- стройкой частоты, в которой в качестве опорного сигнала используется гармо- нический сигнал с частотой .

Измерение разности фаз сигналов разностной частоты в центральном приемном пункте может быть реализовано с помощью фазового детектора.

Аналоговые сигналы с выхода фазового детектора подаются через аналого- цифровые преобразователи на входные порты микропроцессора, в котором реализуется решение навигационной задачи по приведённому выше алгоритму.

Способ может найти применение при построении локальных навигацион- ных систем управления движением транспорта в местах повышенной опасно- сти, где требуется высокоточное определение местоположения высокоскорост- ных движущихся объектов, на критических участках трасс их движения (на- пример, при приближении к местам переключения стрелок на железнодорож- ных путях, вблизи крутых закрытых поворотов автомобильных трасс, на сорти- ровочных горках железнодорожных станций, для автоматизированного управ- ления сельскохозяйственными машинами).