Фазовая радионавигационная система

Фазовая радионавигационная система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к системам определения координат, и может быть применено для обеспечения навигации и геодезической привязки надводных стационарных и подвижных объектов.

Известна фазовая радиогеодезическая система (далее в материалах заявки названная фазовой радионавигационной системой) [1], содержащая бортовую и одну или несколько наземных приемопередающих станций, при этом каждая наземная приемопередающая станция содержит приемопередающую антенну, передатчик и приемник, антенный переключатель, усилитель-ограничитель, фазовый детектор, решающий блок (далее вычислительный блок), синтезатор частот, фазовращатель, генератор опорной частоты (далее опорный генератор) и коммутатор-формирователь, выходы которого соединены с управляющими входами передатчика, антенного переключателя и фазового детектора, выход которого соединен с входом вычислительного блока, выходы вычислительного блока соединены с управляющими входами синтезатора частот и фазовращателя, выход которого соединен со входом передатчика, выход опорного генератора соединен с первым входом фазового детектора, с входами синтезатора частот и коммутатора-формирователя, приемопередающая антенна соединена с антенным переключателем, выход которого соединен с первым входом приемника, а вход антенного переключателя соединен с выходом передатчика, выходы синтезатора частот соединены с входом фазовращателя и вторым входом приемника, выход которого соединен через усилитель-ограничитель со вторым входом фазового детектора, бортовая приемопередающая станция содержит приемопередающую антенну, передатчик, первый приемник, опорный генератор, индикатор, антенный переключатель, фазовый детектор, вычислительный блок, синтезатор частот, первый усилитель-ограничитель и коммутатор сигналов, коммутатор-формирователь, выходы которого соединены с управляющими входами передатчика, антенного переключателя и фазового детектора, выход которого соединен с входом вычислительного блока, выходы вычислительного блока соединены с входом индикатора, с управляющими входами коммутатора-формирователя, синтезатора частот и опорного генератора, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, с входами синтезатора частот и коммутатора-формирователя, приемопередающая антенна соединена с антенным переключателем, выход которого соединен с первым входом первого приемника, а вход антенного переключателя соединен с выходом передатчика, выходы синтезатора частот соединены с входом передатчика и вторыми входами первого и второго приемников, выход первого приемника соединен через первый усилитель-ограничитель со вторым входом коммутатора сигналов, выход которого соединен с третьим входом фазового детектора, вход управления коммутатора сигналов соединен с выходом решающего блока.

Недостатком известной фазовой радионавигационной (ФРНС) системы является использование информации сверхдлинноволновой (СДВ) радионавигационной системы, например «Омега», для получения значений априорных координат бортовой приемопередающей станции (БС), используемых для расчета расстояний от БС до наземных приемопередающих станций (НС). Полученные значения априорных расстояний БС - НС используются в качестве значений при разрешении фазовой неоднозначности. При отсутствии доступа к сигналам СДВ радионавигационной системы получение однозначной оценки координат и дальностей по сигналам известной фазовой радионавигационной системы невозможно.

Известна фазовая радионавигационная система [2], взятая в качестве прототипа, состоящая из не менее двух наземных и бортовой приемопередающих станций, в которой каждая наземная приемопередающая станция содержит приемопередающую антенну, передатчик и приемник, антенный переключатель, усилитель-ограничитель, фазовый детектор, вычислительный блок, синтезатор частот, фазовращатель, опорный генератор и коммутатор-формирователь, выходы которого соединены с управляющими входами передатчика, антенного переключателя и фазового детектора, выход которого соединен с входом вычислительного блока, выходы вычислительного блока соединены с управляющими входами синтезатора частот, опорного генератора, коммутатора-формирователя и фазовращателя, выход которого соединен с входом передатчика, выход опорного генератора соединен с первым входом фазового детектора, с входами синтезатора частот и коммутатора-формирователя, приемопередающая антенна соединена с антенным переключателем, выход которого соединен с первым входом приемника, а вход антенного переключателя соединен с выходом передатчика, выходы синтезатора частот соединены с входом фазовращателя и вторым входом приемника, выход которого соединен через усилитель-ограничитель со вторым входом фазового детектора, бортовая приемопередающая станция содержит приемопередающую антенну, передатчик, первый приемник, опорный генератор, индикатор, антенный переключатель, первый фазовый детектор, вычислительный блок, синтезатор частот, первый усилитель-ограничитель, коммутатор-формирователь, выходы которого соединены с управляющими входами передатчика, антенного переключателя и первого фазового детектора, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, выходы вычислительного блока соединены с входом индикатора, с управляющими входами коммутатора-формирователя, синтезатора частот и опорного генератора, выход которого соединен с первым входом первого фазового детектора, с входами синтезатора частот и коммутатора-формирователя, приемопередающая антенна соединена с антенным переключателем, выход которого соединен с первым входом первого приемника, а вход антенного переключателя соединен с выходом передатчика, выходы синтезатора частот соединены с входом передатчика и вторым входом первого приемника, выход первого приемника соединен через первый усилитель-ограничитель со вторым входом первого фазового детектора, помимо этого бортовая приемопередающая станция содержит приемную антенну, второй приемник, второй усилитель-ограничитель и второй фазовый детектор, причем приемная антенна выходом соединена с третьим входом антенного переключателя, второй выход которого соединен с первым входом второго приемника, второй вход которого подключен к выходу синтезатора частот, а выход через второй усилитель-ограничитель подключен ко второму входу второго фазового детектора, управляющим входом соединенного с выходом коммутатора-формирователя, первый вход фазового детектора подключен к выходу опорного генератора, выход второго фазового детектора соединен со вторым входом вычислительного блока.

В данной ФРНС достигается однозначное определение координат бортовой станции (БС) во всей рабочей зоне системы и автоматизация работы ФРНС за счет автономного разрешения неоднозначности фазовых измерений БС на основе определения приближенных координат БС фазовым радиопеленгационным методом.

Недостатком известной ФРНС является наличие грубой ошибки определения приближенных координат БС, связанной с четностью тригонометрической функции cos при определении направления на i-ю НС с БС (угол α) интерферометрическим методом:

где ΔR_i - разность хода сигнала i-й НС до приемопередающей и приемной антенн БС, м;

B - длина антенной базы БС (расстояние между приемопередающей и приемной антеннами БС), м;

i=1…n - текущий номер НС;

n - общее число НС, сигналы которых принимает БС.

Ошибка, возникающая при определении направления как минимум на одну НС, приводит к результирующей ошибке определения координат БС.

Задача изобретения состоит в обеспечении высокой точности определения координат, достигаемой за счет исключении ошибок определения направления на i-ю НС с БС при определении приближенных координат БС.

Поставленная задача решается тем, что в фазовую радионавигационную систему, состоящую из не менее двух наземных и бортовой приемопередающих станций, в которой каждая наземная приемопередающая станция содержит приемопередающую антенну, антенный переключатель, приемник, усилитель-ограничитель, фазовый детектор, вычислительный блок, опорный генератор, синтезатор частот, коммутатор-формирователь, фазовращатель и передатчик, приемопередающая антенна соединена с антенным переключателем, выход которого соединен с первым входом приемника, выход которого через усилитель-ограничитель соединен с первым входом фазового детектора, выход фазового детектора соединен с входом вычислительного блока, выходы вычислительного блока соединены с управляющими входами опорного генератора, синтезатора частот, фазовращателя и коммутатора-формирователя, выход опорного генератора соединен с синтезатором частот, коммутатором-формирователем и вторым входом фазового детектора, выходы синтезатора частот соединены со вторым входом приемника и входом фазовращателя, выход которого соединен с первым входом передатчика, выходы коммутатора-формирователя подключены к третьему входу фазового детектора, к управляющему входу антенного переключателя и второму входу передатчика, выход которого соединен с входом антенного переключателя, бортовая приемопередающая станция содержит приемопередающую и приемную антенны, антенный переключатель, первый и второй приемники, первый и второй усилители-ограничители, первый и второй фазовые детекторы, вычислительный блок, индикатор, опорный генератор, синтезатор частот, коммутатор-формирователь и передатчик, приемопередающая и приемная антенны соединены с отдельными входами антенного переключателя, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго приемников соответственно, выходы первого и второго приемников через первый и второй усилители-ограничители соответственно соединены с первыми входами первого и второго фазовых детекторов, выходы первого и второго фазовых детекторов соединены соответственно с первым и вторым входами вычислительного блока, выходы вычислительного блока соединены с входом индикатора, управляющими входами опорного генератора, синтезатора частот и коммутатора-формирователя, выход опорного генератора соединен с синтезатором частот, коммутатором-формирователем и вторыми входами первого и второго фазовых детекторов, выходы синтезатора частот соединены со вторыми входами первого и второго приемников, и с первым входом передатчика, выходы коммутатора-формирователя подключены к третьим входам первого и второго фазовых детекторов, к управляющему входу антенного переключателя и второму входу передатчика, выход которого соединен с входом антенного переключателя, согласно изобретению, в бортовую приемопередающую станцию введены вторая приемная антенна, третий приемник, третий усилитель-ограничитель и третий фазовый детектор, причем вторая приемная антенна выходом соединена с отдельным входом антенного переключателя, третий выход которого соединен с первым входом третьего приемника, второй вход которого подключен к выходу синтезатора частот, а выход через третий усилитель-ограничитель подключен ко второму входу третьего фазового детектора, управляющим входом соединенного с выходом коммутатора-формирователя, первый вход третьего фазового детектора подключен к выходу опорного генератора, выход третьего фазового детектора соединен с третьим входом вычислительного блока, при этом расположение антенн бортовой приемопередающей станции таково, что векторы линий, соединяющих приемопередающую антенну с первой приемной антенной и приемопередающую антенну со второй приемной антенной, образуют между собой фиксированный ненулевой угол в горизонтальной плоскости.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, на которых изображены:

фигура 1 - структурная схема фазовой радионавигационной системы (ФРНС);

фигура 2 - структурная схема приемопередающей бортовой станции (БС);

фигура 3 - структурная схема приемопередающей наземной станции (НС);

фигура 4 - временная диаграмма формирования и приема сигналов бортовой и одной из наземных приемопередающих станций;

фигура 5 - схема определения курсовых углов;

фигура 6 - схема антенн БС и одной НС в прямоугольной системе координат;

фигура 7 - схема антенн БС в связанной системе координат;

фигура 8 - пояснение возникновения ошибки при определении направления с БС на НС;

фигура 9 - блок-схема алгоритма работы вычислительного блока приемопередающей БС.

Фазовая радионавигационная система содержит бортовую приемопередающую станцию 1 и не менее двух наземных приемопередающих станций 2₁,…, 2_n (фиг.1).

Бортовая приемопередающая станция 1 (фиг. 2) содержит последовательно соединенные передатчик 3₁ и антенный переключатель 4₁, первый выход которого подключен к последовательно соединенным первому приемнику 5_1-1, первому усилителю-ограничителю 6_1-1, первому фазовому детектору 7_1-1, второй выход антенного переключателя подключен к последовательно соединенным второму приемнику 5_1-2, второму усилителю-ограничителю 6_1-2, второму фазовому детектору 7_1-2, третий выход антенного переключателя подключен к последовательно соединенным третьему приемнику 5_1-3, третьему усилителю-ограничителю 6_1-3 третьему фазовому детектору 7_1-3, выходы первого, второго и третьего фазовых детекторов соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами вычислительного блока 8₁, первый выход которого соединен с первым входом синтезатора частот 9₁, первый выход которого подключен к входу передатчика 3₁. Антенный переключатель 4₁ вторым, третьим и четвертым входами соединен с приемопередающей антенной 13₁ и приемными антеннами 14_1-1 и 14_1-2 соответственно. Второй выход вычислительного блока 8₁ соединен с индикатором 12, третий выход вычислительного блока 8₁ соединен с входом опорного генератора 10₁, четвертый выход вычислительного блока 8₁ соединен с первым входом коммутатора-формирователя 11₁. Выход опорного генератора 10₁ соединен с коммутатором-формирователем 11₁, первым 7_1-1, вторым 7_1-2 и третьим 7_1-3 фазовыми детекторами и синтезатором частот 9₁, который своим вторым выходом подключен ко вторым входам приемников 5_1-1, 5_1-2 и 5_1-3. Первый выход коммутатора-формирователя 11₁ подключен к управляющему входу антенного переключателя 4₁, второй выход коммутатора-формирователя 11₁ соединен с управляющими входами первого, второго и третьего фазовых детекторов 7_1-1, 7_1-2, 7_1-3, а третий его выход - с управляющим входом передатчика 3₁.

Каждая из наземных приемопередающих станций 2₁,…, 2_n (фиг. 3) содержит последовательно соединенные передатчик 3₂, антенный переключатель 4₂, приемник 5₂, усилитель-ограничитель 6₂, фазовый детектор 7₂, вычислительный блок 8₂, синтезатор частот 9₂ и фазовращатель 15, выходом соединенный с первым входом передатчика 3₂. Второй выход вычислительного блока 8₂ соединен с вторым входом фазовращателя 15, третий и четвертый выходы вычислительного блока 8₂ соединены с управляющими входами соответственно опорного генератора 10₂ и коммутатора-формирователя 11₂. При этом коммутатор-формирователь 11₂ выходами соединен с управляющими входами соответственно передатчика 3₂, фазового детектора 7₂ и антенного переключателя 4₂, соединенного с приемопередающей антенной 13₂. А опорный генератор 10₂ выходом соединен со вторым входом коммутатора-формирователя 11₂, с третьим входом фазового детектора 7₂ и вторым входом синтезатора частот 9₂, который своим вторым выходом соединен со вторым входом приемника 5₂.

Фазовая радионавигационная система работает следующим образом.

Опорные генераторы 10 бортовой приемопередающей станции 1 и каждой наземной станции 2₁,…, 2_n вырабатывают непрерывные гармонические сигналы частотой f, которые поступают на соответствующие коммутаторы-формирователи 11 и синтезаторы частот 9. Синтезаторы частот 9 вырабатывают для излучения опорный сигнал с частотой f₀ и m вспомогательных сигналов с частотами f₁, f₂, …, f_m. Кроме того, в синтезаторах частот 9 формируются сигналы гетеродина для приемников 5 с частотами f_0Г, f_1Г, …, f_mГ, при этом управление частотой излучаемых (принимаемых) сигналов осуществляется вычислительными блоками 8 таким образом, чтобы между частотами сигналов и гетеродина выполнялись соотношения:

где j=1,…, m - текущий номер вспомогательного сигнала с частотой f_j;

m - общее число вспомогательных частот;

f_пр - промежуточная частота, на которой осуществляется измерение фазы принятых сигналов.

В предлагаемой ФРНС используется временное разделение сигналов станций БС 1 и каждой НС 2₁,…, 2_n, что позволяет исключить возможное влияние сигналов станций ФРНС друг на друга. Интервал времени между излучением сигналов соседних станций подбирается таким образом, чтобы не допустить возможность взаимного перекрытия во времени сигналов станций во всей рабочей зоне ФРНС.

Коммутаторы-формирователи 11 вырабатывают сигналы управления для блоков 3₁ (фиг. 4, а), 4₁ (фиг. 4, б), 7_1-1 (7_1-2, 7_1-3) (фиг. 4, в), 3₂ (фиг. 4, г), 4₂ (фиг.4, д), 7₂ (фиг.4, е). Временные диаграммы на фиг. 4 приведены для установившегося режима заявляемой ФРНС, когда временные интервалы излучения и приема сигналов БС 1 синхронизированы с соответствующими интервалами наземных приемопередающих станций НС 2₁,…,2_n. На временной диаграмме фиг. 4 изображены сигналы, излучаемые в пространство приемопередающей БС 1 (фиг. 4, ж) и одной из НС 2 (фиг. 4, з), например, НС 2₁. Сигналы НС 2₁,…,2_n, следующие по времени за сигналами НС 2₁, аналогичны сигналам НС 2₁, поэтому на временной диаграмме фиг. 4 с целью упрощения пояснений, не приведены. На фиг. 4 обозначены: T_u - длительность интервала излучения сигналов БС; T_p - длительность интервала ретрансляции сигналов бортовой станции наземной станцией 2₁; τ - интервал излучения (приема) опорного сигнала частотой f₀; 2τ - интервал излучения (приема) вспомогательных сигналов с частотами f_j.

В соответствии с временной диаграммой фиг. 4 БС 1 излучает вспомогательные частоты f₁, f₂, …, f_m в обратном порядке (фиг. 4, а), т.е. последовательность излучения вспомогательных частот для БС имеет вид: f_m, f_m-1, …, f₁, в то время как каждая НС 2 излучает вспомогательные частоты в прямом порядке, т.е. в последовательности f₁, f₂, …, f_m (фиг. 4, г).

Измененный порядок излучения вспомогательных частот позволяет однозначно идентифицировать сигналы БС 1, что требуется каждой из НС 2 для определения своего места во временном формате излучения ФРНС в зависимости от назначенного ей номера.

Для определения координат БС 1 требуется одновременная работа не менее двух НС 2 (n≥2), при этом на временной диаграмме появятся дополнительные интервалы излучения для других НС 2, работающих в составе ФРНС, что приведет к увеличению длительности временного цикла работы ФРНС.

В передатчике БС 3₁ осуществляется усиление сигналов от синтезатора частот 9₁ до необходимой величины и формирование выходных радиоимпульсных сигналов под воздействием управляющих сигналов от коммутатора-формирователя 11₁ (фиг. 4а). Радиоимпульсный сигнал от передатчика 3₁, пройдя через антенный переключатель 4₁, излучается в пространство приемопередающей антенной 13₁ (фиг. 4, ж). Сигнал, излученный в пространство БС 1 в течение времени T_u, пройдя через среду распространения, принимается приемопередающей антенной 13₂ каждой из НС 2 и через антенный переключатель 4₂ поступает на вход приемника 5₂. На второй вход приемника 5₂ подаются сигналы от синтезатора частот 9₂ с частотами f_0Г, f_1Г, …, f_mГ. В приемнике 52 осуществляется преобразование принимаемого сигнала на промежуточную частоту f_пр согласно соотношениям (1), а также фильтрация и усиление сигнала промежуточной частоты f_пр.

Затем принятый сигнал с частотой f_пр подвергается нормированию по амплитуде в усилителе-ограничителе 6₂ и поступает на фазовый детектор 7₂. В фазовом детекторе 7₂ под воздействием управляющих сигналов (фиг. 4, е) осуществляется измерение фазовых сдвигов принятых сигналов, при этом измеряются фазовые сдвиги: φ₀₁, φ₂, …, φ_0m, φ_0(m+1) опорных сигналов с частотой f₀ и фазовые сдвиги φ_m, φ_m-1, …, φ₁ вспомогательных сигналов с частотами f_m, f_m-1, …, f₁. Информация с фазового детектора 7₂ поступает в вычислительный блок 8₂, в котором вычисляются фазовые соотношения:

Полученные значения фаз Δφ₁, Δφ₂, …, Δφ_m запоминаются в вычислительном блоке 8₂. В течение интервала T_p излучаются в пространство сигналы от НС 2₁, при этом управление частотой и фазой излучаемых сигналов осуществляется вычислительным блоком 8₂ через синтезатор частот 9₂ и фазовращатель 15 соответственно. В моменты времени τ, когда передатчиком 3₂ излучаются в пространство основные сигналы с частотой f₀, фазовращатель 15 вычислительным блоком 8₂ устанавливается в исходное (нулевое) состояние. При этом излучаемые опорные сигналы с частотой f₀ имеют фазу сигнала опорного генератора 10₂. В течение интервалов 2τ, когда передатчиком 3₂ излучаются вспомогательные сигналы с частотами f₁, f₂, …, f_m, сигналами управления от вычислительного блока 8₂ в фазовращателе 15 устанавливаются фазы Δφ₁, Δφ₂, …, Δφ_m соответственно.

Таким образом, в течение интервала времени T_p передатчик 3₂ НС 2₁ излучает вспомогательные сигналы, фаза которых равна фазе принятых сигналов в течение интервалов T_u от приемопередающей БС 1, а также сигналы, фаза которых равна фазе опорного генератора 10₂.

В передатчике 3₂ осуществляется усиление сигналов от фазовращателя 15 и формирование выходных радиоимпульсных сигналов под воздействием управляющих сигналов от коммутатора-формирователя 11₂ (фиг. 4, г). Радиоимпульсный сигнал от передатчика 3₂, пройдя через антенный переключатель 4₂, излучается в пространство приемопередающей антенной 13₂ (фиг. 4, з).

Сигнал, излученный в пространство приемопередающей НС 2₁ в течение интервала времени ретрансляции T_p, пройдя через среду распространения, принимается приемопередающей антенной 13₁ и приемными антеннами 14_1-1 и 14_1-2 приемопередающей БС 1 и через антенный переключатель 4₁, управляемый коммутатором-формирователем 11₁ в соответствии с временной диаграммой (фиг. 4, б), поступает на входы приемников 5_1-1, 5_1-2 и 5_1-3 от антенн 13₁, 14_1-1 и 14_1-2 соответственно. На вторые входы приемников 5_1-1, 5_1-2 и 5_1-3 подаются сигналы от синтезатора частот 9₁ с частотами f_0Г, f_1Г, …, f_mГ. В приемниках 5_1-1, 5_1-2 и 5_1-1 осуществляется преобразование сигналов на частоту f_пр согласно соотношению (1). Сигналы с частотой f_пр фильтруются и усиливаются, а затем нормируются по амплитуде в усилителях-ограничителях 6_1-1, 6_1-2 и 6_1-3 и поступают на соответствующие фазовые детекторы 7_1-1, 7_1-2 и 7_1-3. В фазовых детекторах 7_1-1, 7_1-2 и 7_1-3 под воздействием управляющих сигналов (фиг. 4, в) коммутатора-формирователя 11₁ осуществляется измерение фазовых сдвигов принятых сигналов, при этом измеряются фазовые сдвиги ψ₀₁, ψ₂, …, ψ_0m, ψ_0(m+1) опорных сигналов с частотой f₀ и фазовые сдвиги ψ_m, ψ_m-1, …, ψ₁ вспомогательных сигналов с частотами f₁, f₂, …, f_m. Информация с фазовых детекторов 7_1-1, 7_1-2 и 7_1-3 поступает в вычислительный блок 8₁, в котором вычисляются фазовые соотношения:

В результате в вычислительном блоке 8₁ происходит определение значений фаз сигналов Δψ₁, Δψ₂, …, Δψ_m, принятых разнесенными на расстояние B1 антеннами 13₁ и 14_1-1 и на расстояние B2 антеннами 13₁ и 14_1-2 БС 1 (фиг. 5).

Полученные значения фаз Δ ϕ 1 13 1   ⋯ , Δ ϕ m 13 1 ,   Δ ϕ 1 14 1 − 1   ⋯ , Δ ϕ m 14 1 − 1 и Δ ϕ 1 14 1 − 2   ⋯ , Δ ϕ m 14 1 − 2 запоминаются в вычислительном блоке 8₁ и используются для устранения многозначности фазовых отсчетов.

На практике частоты f₀ f₁, f₂, …, f_m выбираются таким образом, чтобы выполнялись соотношения:

где F_m - частота m-й ступени (рабочая частота фазовой радионавигационной системы), Гц;

F₁, F₂,…, F_m-1 - частоты грубых ступеней, расположенных в порядке их возрастания, Гц;

k₁, k₂,…, k_m-1 - коэффициенты сопряжения частот.

В дальнейших материалах заявки частоты F₁, F₂,…, F_m будут называться метрическими частотами ФРНС.

При использовании фазового метода определения навигационных параметров (НП), представляющих в данном случае удвоенные значения расстояний между приемопередающей БС 1 и каждой из приемопередающих НС 2, диапазон однозначной оценки НП определяется самой низкой из метрических частот (F₁) и находится в пределах от минус λ₁/2 до плюс λ₁/2, где λ₁=c/F₁ - длина волны сигнала с частотой F₁; c - скорость распространения сигналов.

В силу необходимости обеспечения работы большого числа НС 2 и реализации высокого темпа выдачи координат БС 1 метрическая частота F₁, как правило, не обеспечивает однозначного определения расстояний во всей рабочей зоне ФРНС. Кроме того, как было указано выше, величина фазового сдвига Δψ₁ сигнала на метрической частоте F₁ соответствует сигналу данной частоты, прошедшему удвоенное расстояние от БС 1 до НС 2. Перечисленные факторы приводят к необходимости задания начальных значений расстояний R i * от БС 1 до i-й НС 2_i с погрешностью не более ±λ₁/4, поскольку реальная фазометрическая аппаратура выполняет измерения фазового сдвига в пределах ±180°, что соответствует половине длины волны сигнала, на котором происходят измерения фазовых сдвигов.

В прототипе изобретения для начальной оценки значений расстояний R i * (i=1, …, n) между БС и НС был предложен способ, основанный на определении курсовых углов с БС на НС при помощи двухантенного интерферометра и известном угле курса объекта-носителя БС с последующим пересчетом найденных углов в координаты БС в прямоугольной системе координат Гаусса-Крюгера. При этом следует отметить, что в прототипе могут возникнуть грубые ошибки при определении курсовых углов с БС на НС, когда несколько НС находятся по обеим сторонам относительно антенной базы БС (фиг. 8).

В заявляемом изобретении в отличие от прототипа предлагается использовать трехантенный (или двухбазовый) интерферометр, при этом антенные базы расположены под фиксированным углом по отношению друг к другу. Благодаря вновь введенным в БС узлам и связям в предлагаемой ФРНС устраняются возможные ошибки определения направлений с БС на НС и достигается высокая точность определения координат.

Определение приближенных координат БС на основе интерферометрического метода в заявляемом изобретении заключается в следующем.

Двухбазовой антенной системой БС 1, образованной разнесенными в пространстве приемопередающей антенной 13₁ и приемной антенной 14_1-1 на расстояние B1 (база B1) и приемопередающей антенной 13₁ и приемной антенной 14_1-2 на расстояние B2 (база B2), осуществляется прием сигналов от n приемопередающих НС 2 с известными координатами. При этом измеряется разность хода сигналов ΔR1_i и ΔR2_i от i-й приемопередающей НС 2_i до разнесенных антенн 13₁и 14_1-1, 13₁ и 14_1-2 БС 1 соответственно.

Косинус курсового угла cosα1_i между вектором, соединяющим антенны 13₁ и 14_l-1 БС 1, и вектором-направлением от антенны 13₁ БС на приемопередающую антенну 13₂ i-й НС 2 связан со значением разности фаз сигналов, принятых антеннами 13₁ и 14_1-1 следующим соотношением:

где i=1,…, n - текущий номер НС;

n - общее число НС, сигналы которых принимает БС;

λ - длина волны сигнала i-й НС, м;

B1 - расстояние между приемопередающей антенной 13₁ и приемной антенной 14_1-1, м;

ΔR1_i - разность хода сигнала i-й НС до приемопередающей антенны 13₁ и приемной антенны 14_1-1, м;

Ф1_i - фазовая разность хода между сигналом i-й НС при приеме антеннами 13₁ и 14_1-1, ф. ц.

Аналогичным образом определяется косинус курсового угла cosα2_i между вектором, соединяющим антенны БС 13₁ и 14_1-2, и вектором-направлением от антенны 13₁ БС на приемопередающую антенну 13₂ i-й НС:

где B2 - расстояние между приемопередающей антенной 13₁ и приемной антенной 14_1-2, м;

ΔR2_i - разность хода сигнала i-й НС до приемопередающей антенны 13₁ и приемной антенны 14_1-2, м;

Ф2_i - фазовая разность хода между сигналом i-й НС при приеме антеннами 13₁ и 14_1-2, ф. ц.

Значение фазовых сдвигов с целью получения максимальной точности определения грубых координат вычисляется на метрической частоте F_m ФРНС. В этом случае значение фазовой разности хода Ф1 _m,j определяется на основе измеренных значений фазовых сдвигов для антенн 13₁ и 14_1-1 как:

где m - номер самой точной ступени устранения неоднозначности, соответствующей рабочей частоте ФРНС F_m.

Аналогичным образом определяется фазовая разность Ф2 _m,i:

Если каждое из расстояний B1 и B2 будет меньше λ_m/2, то значения фазовых разностей Ф1_m,i и Ф2_m,i не будут содержать целочисленной неоднозначности. В этом случае, согласно выражениям (5) и (6), будут определены косинусы курсовых углов α1_i и α2_i до каждой из наземных станций (фиг. 5).

Далее рассмотрим заявляемую ФРНС в двух различных системах координат: прямоугольной системе координат (плоскость Гаусса-Крюгера) и связанной с объектом-носителем БС системе координат.

Прямоугольная система координат (плоскость Гаусса-Крюгера) имеет начало координат в некоторой произвольной точке с осью ОХ, направленной на географический Север, и осью OY - на географический Восток (фиг. 6).

Согласно правилу вычисления скалярного произведения векторов в прямоугольной системе координат, косинус угла между двумя произвольными векторами, применимо к заявляемой ФРНС, равен:

x_(s)i, y_(s)i- координаты i-й НС (приемопередающей антенны 13₂) в прямоугольной системе координат, м;

x * ( b ) , y * ( b ) - координаты БС (приемопередающей антенны 13₁) в прямоугольной системе координат, м;

R_i - расстояние между БС (приемопередающей антенной 13₁) и i-й НС (приемопередающей антенной 13₂), м;

- координаты приемной антенны 14_1-1 в прямоугольной системе координат, м;

- координаты приемной антенны 14_1-2 в прямоугольной системе координат, м.

Произведем следующие замены исходя из определения направляющих косинусов:

где k_(x)i, k_(y)i - направляющие косинусы вектора, соединяющего антенну БС 13₁ и антенну i-й НС 13₂ в прямоугольной системе координат;

kn1_(x), kn1_(y) - направляющие косинусы вектора-базы, соединяющей антенны БС 13₁ и 14_1-1 в прямоугольной системе координат (фиг. 5);

kn2_(x), kn2_(y) - направляющие косинусы вектора-базы, соединяющей антенны БС 13₁ и 14_1-2 в прямоугольной системе координат.

Тогда выражения (9) и (10) соответственно примут вид:

Связанная с объектом-носителем БС двухмерная система координат имеет начало координат в точке фазового центра приемопередающей антенны БС 13₁, ось ОХ направлена по продольной оси объекта-носителя БС, ось OY - вправо (фиг. 7).

Направляющие косинусы вектора-базы, соединяющей антенны БС 13₁ и 14_1-1, и вектора-базы, соединяющей антенны БС 13₁ и 14_1-2 в связанной с БС системе координат, определяются следующим образом:

где ks1_(x), ks1_(y) - направляющие косинусы вектора-базы, соединяющей антенны БС 13₁ и 14_1-1 в связанной системе координат;

ks2_(x), ks2_(y) - направляющие косинусы вектора-базы, соединяющей антенны БС 13₁ и 14_1-2 в связанной системе координат;

γ1 - фиксированный угол между осью ОХ связанной системы координат и вектором-базой, соединяющей антенны БС 13₁ и 14_1-1, рад;

γ2 - фиксированный угол между осью ОХ связанной системы координат и вектором-базой, соединяющей антенны БС 13₁ и 14_1-2, рад.

Связь векторов в двух рассмотренных системах координат описывается матрицей перехода С. Для каждого вектора-базы БС переход записывается в виде:

где kn1 - вектор-столбец из направляющих косинусов вектора-базы, соединяющей антенны БС 13₁ и 14_1-1 в прямоугольной системе координат knl_(x), kn1_(y),

kn2 - вектор-столбец из направляющих косинусов вектора-базы, соединяющей антенны БС 13₁ и 14_1-1 в прямоугольной системе координат kn2_(x), kn2_(у),

ksl - вектор-столбец из направляющих косинусов вектора-базы, соединяющей антенны БС 13₁ и 14_1-1 в связанной с БС системе координат ksl_(s), ks1_(y),

ks2 - вектор-столбец из направляющих косинусов вектора-базы, соединяющей антенны БС 13₁ и 14_1-2 в связанной с БС системе координат ks2_(x), ks2_(y),

Ψ_курс - угол курса объекта-носителя БС.

В результате подстановки (14) и (15) в уравнения (16) определяются значения kn1_(x), kn1_(y), kn2_(x), kn2_(y).

Далее, используя значения kn1_(x), kn1_(y), kn2_(x), kn2_(y), решается система уравнений