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

                               P = R = const.

ЛП:  х² + у² = R² – концентрическая окружность с центром в НТ.

ПП:  х² + у² + Z² + R² – 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.

 

    Тогда, например:

                                  

 

         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:

       s_э®s_р®s_л®s_Д,

       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_лs_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, d₁₂ и А₂, А₃, d₂₃. Фокусы гипербол совпадают с точками наблюдения. Разности расстояний, определяемые путем измерения относительного запаздывания сигналов, будут:

 

                          P₁₂=const=Д₁-Д₂  и  P₂₃=const=Д₂-Д₃ .

 

     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 Dt₁₂ и Dt₂₃ 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).

 

                              

 

                                                                                                                    

                           Рис.6 Дальномерно-угломерный способ                                           

 

                       

                                        

 

                     Рис.7 Угломерно-разностно-дальномерный способ

 

 

2. Погрешность определения местоположения источника

     радиоизлучения

 

     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+DР₁ и Р₂+DР₂ – ЛП измеренные, отстоящие от истинных на величины линейных ошибок Dn₁ и Dn₂; М – истинное МП объекта, М¢ - найденное (измеренное); r – ошибка МП объекта.

     Из DМОМ¢ можно найти:

                   r²=a² + в² ± 2ав cosb,  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:

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

Недостатки:

1. Невозможность определения МП источника немодулированного колебания;
2. Необходимость временной синхронизации между пунктами приема с точностью до 10^-8с;
3. Зависимость точности от вида модуляции (лучше для остроконечной АКФ модулирующего сигнала);
4. 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.