Способ и устройство определения координат источника радиоизлучения

Способ и устройство определения координат источника радиоизлучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Заявляемые объекты объединены одним изобретательским замыслом, относятся к радиотехнике и могут быть использованы в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения априорно неизвестного источника радиоизлучения (ИРИ).

Известен способ, реализованный в подвижном пеленгаторе, описанном в Пат. РФ №2124222, МПК G01S 13/46, опубл. 27.12.1998 г. Он включает прием сигналов источников радиоизлучений в заданной полосе частот AF перемещающимся в пространстве пеленгатором, измерение первичных пространственно-информационных параметров (ППИП) обнаруженных сигналов с одновременным измерением вторичных параметров: времени измерения ППИП, координат местоположения и ориентации (в азимутальной плоскости) антенной решетки подвижного пеленгатора, преобразование ППИП в пространственные параметры: азимутальный угол θ, θ=0, 1, …, 360° и угол места β, β=0, 1, …, 90°. Способ-аналог позволяет определить параметры криволинейных траекторий перемещения объекта.

Однако аналог обладает недостаточной точностью измерения координат ИРИ в силу того, что в нем реализована двухэтапная обработка результатов измерений. На первом этапе в каждой j-й точке, j=1, 2, …, J, измеряют пространственные параметры θ_j и β_j, которые на втором этапе используют для вычисления местоположения ИРИ. В книге (Кондратьев B.C. и др. Многопозиционные радиотехнические системы / B.C. Кондратьев, А.Ф. Котов, Л.Н. Марков; Под ред. проф. В.В. Цветнова. - М.: Радио и связь, 1989 г., - 264 с. ) показано, что системы с двухэтапной обработкой дают худшие результаты, чем при оптимальной одноэтапной обработке.

Известен способ определения координат ИРИ, описанный в Пат. РФ №2536609, МПК G01S 5/04, опубл. 28.10.2014 г., бюл. №36. На подготовительном этапе аналог включает вычисление количества N=S/S₀ элементарных зон привязки, где S и S₀ соответственно площади зоны контроля и элементарной зоны привязки, присвоение каждой элементарной зоне привязки порядкового номера n, n=1, 2, …, N, определение координат местоположения центров элементарных зон привязки {X, Y}_n, расчет и запоминание эталонных значений ППИП на выходах A_m,l-ных антенных элементов, где m, l=1, 2, …, М, m≠l, М>2, относительно направлений прихода тестирующего сигнала с дискретностью Δθ_k, k=1, 2, …, К; К·Δθ_k=2π; причем ППИП рассчитываются для средних частот , а в процессе работы при обнаружении сигнала ИРИ на частоте способ-аналог включает измерения ППИП на выходах A_m,l-ных антенных элементов (АЭ) решетки с одновременным измерением вторичных параметров, вычисление для каждого направления в горизонтальной плоскости разности между эталонными и измеренными значениями ППИП, возведение в квадрат полученных разностей и их суммирование, формирование матрицы измерений R_j(θ_c,n)_ν из сумм , определение после выполнения J измерений ППИП минимальной суммы в элементах матрицы измерений R_j(θ_c,n)_ν, принятие координат местоположения центра элементарной зоны привязки {X, Y}_n, соответствующие min за координаты местоположения обнаруженного ИРИ.

Аналог позволяет повысить доступность и точность определения координат ИРИ за счет реализации одноэтапной обработки результатов измерений и размещения пеленгатора на летно-подъемном средстве (ЛПС), учета его пространственной ориентации.

Однако точность определения координат ИРИ с борта ЛПС в диапазоне волн 30-300 МГц остается низкой в силу несогласованных размеров пеленгаторной антенной системы.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является способ определения координат источника радиоизлучения в Пат. РФ №2305851, МПК G01S 5/04, опубл. 10.09.2007 г. Прототип включает прием сигнала ИРИ на антенно-приемные модули (АПМ), установленные на двух движущихся механически связанных носителях и образующих узкобазисную систему основной позиции (ОП) и выносную позицию (ВП) пассивного локатора (ПЛ), обнаружение сигналов ИРИ и определение его несущей частоты, формирование во время движения ОП и ВП квадратурных составляющих огибающих сигнала ИРИ на выходах АПМ, неоднократное измерение на интервале дальности, являющимся интервалом синтезирования, этих квадратурных составляющих и их совместное запоминание с временем измерения и положением фазового центра приемной антенны АПМ в пространстве ОП и ВП в момент каждого такта измерения этих огибающих с последующим нахождением на основе данных, полученных на интервале синтезирования, местоположения ИРИ.

Способ-прототип позволяет повысить точность определения координат ИРИ за счет использования выносного пункта путем увеличения (согласования) базы пеленгования.

Однако прототип обладает недостатками, ограничивающими его применение. К их числу можно отнести:

относительно низкую точность оценивания пространственных параметров сигнала ИРИ из-за несогласованной (узкобазисной) антенны ОП и отсутствия учета пространственной ориентации (не учитывается угол сноса ЛПС) носителя ОП;

перемещение ОП и ВП в пространстве относительно ИРИ коррелировано и не может быть оптимизировано относительно точностных характеристик;

не учитывается неизвестная отстройка частоты между АПМ и ИРИ;

фазовая нестабильность в приемном и передающем трактах ограничивает способ по времени когерентного накопления оцениваемого сигнала;

относительная сложность и значительная себестоимость измерителя (предполагает использование в качестве носителя самолет со значительными габаритами для размещения пеленгаторной антенны и многоканального оборудования).

Известно устройство определения координат источника радиоизлучения по Пат. РФ №2536609, МПК 5/04, опубл. 27.12.2014 г., бюл. №36. Устройство-аналог содержит блок определения пространственных параметров, первый, второй, третий, четвертый и пятый вычислители-формирователи, первый и второй блоки памяти, радионавигатор, устройство угловой ориентации, блок измерения первичных пространственно-информационных параметров, генератор синхроимпульсов, блок оценивания, блок определения координат и блок индикации, определенным образом соединенные между собой. Устройство размещается на летно-подъемном средстве (самолет, вертолет) и обеспечивает повышение доступности сигналов ИРИ УКВ-СВЧ-диапазонов частот и точность их местоопределения. Однако в силу значительных габаритных размеров пеленгаторной антенной системы блока определения пространственных параметров и сложности реализации собственно устройства определения координат ИРИ (габаритно-весовых характеристик) делает невозможным его размещение на беспилотных летательных аппаратах среднего и малого классов. Кроме того, использование аналога ограничено из-за высокой себестоимости носителя и его эксплуатации.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому устройству определения координат ИРИ является устройство по Пат. РФ №2550811, МПК G01S 13/46, опубл. 20.05.2015 г., бюл. №14.

Устройство-прототип содержит два и более беспилотных летательных аппарата (БПЛА) и наземный пункт управления (НПУ), причем каждый из БПЛА содержит последовательно соединенные контроллер, рулевой привод и аэродинамические рули, автопилот, группа информационных входов которого соединена с второй группой информационных выходов контроллера, первая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов автопилота, двигательную установку, группа информационных входов которой соединена с третьей группой информационных выходов контроллера, первый приемопередающий модуль, группа информационных входов которого соединена с четвертой группой информационных выходов контроллера, вторая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов первого приемо-передающего модуля, последовательно соединенные блок видеонаблюдения, первое запоминающее устройство и передающий модуль, блок навигации БПЛА, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов первого запоминающего устройства, а НПУ выполнен содержащим последовательно соединенные первый блок управления, предназначенный для управления взлетом, полетом и посадкой БПЛА, второй приемопередающий модель и первое устройство обработки и отображения информации, последовательно соединенные второе запоминающее устройство, выполненное L-канальным, устройство распознавания, выполненное L-канальным, второй блок управления, предназначенный для задания исходных данных и формирования команды на определение координат объектов, и второе устройство обработки и отображения информации, группа информационных выходов которого является первой выходной шиной НПУ, вторая группа информационных входов объединена со второй группой информационных входов второго блока управления и группой информационных выходов приемного модуля, выполненного L-канальным, группа информационных входов второго запоминающего устройства является входной шиной НПУ, вторая выходная шина которого соединена с второй группой информационных выходов устройства распознавания, третья группа информационных выходов которого соединена с группой адресных входов второго запоминающего устройства.

Устройство-прототип обеспечивает повышение пропускной способности за счет более эффективного обнаружения и распознавания заданных объектов на основе видеоизображений с борта нескольких БПЛА, путем реализации процедуры «компьютерного зрения».

Однако устройству-прототипу также присущ недостаток, связанный с низкой точностью определения координат объектов из-за неоптимальных габаритных размеров пеленгаторной антенны в рассматриваемом диапазоне частот, что в конечном счете существенно увеличивает временные затраты на обнаружение заданных объектов.

Целью заявленных технических решений является разработка способа и устройства определения координат ИРИ, обеспечивающих: повышение точности местоопределения ИРИ в УКВ-СВЧ-диапазонах частот благодаря использованию метода синтеза разностной апертуры (CPA) и оптимизации маршрутов полета носителей.

В заявленном способе поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения координат источника радиоизлучения, состоящем в том, что принимают сигнал источника радиоизлучения на антенно-приемные модули, установленные на двух движущихся механически связанных носителях и образующих основную и выносную позиции пассивного локатора, обнаруживают сигнал ИРИ и определяют его несущую частоту, формируют во время движения с помощью ОП и ВП квадратурные составляющие огибающих сигнала ИРИ на выходах АПМ с частотой F_ds, неоднократно измеряют на интервале дальности, являющемся интервалом синтезирования, эти квадратурные составляющие и их совместно запоминают с временем измерения в момент каждого такта оценивания этих огибающих с последующим следующим нахождением на основе данных, полученных на интервалах синтезирования, местоположения ИРИ. Используют N выносных позиций пассивных локаторов, N≥1, базирующихся на отдельных носителях, формируют наземный пункт управления (НПУ), по командам которого осуществляют одновременный синхронный прием сигнала ИРИ антенно-приемными модулями ОП и ВП и формирование квадратурных составляющих огибающих сигнала и передачу их по соответствующим каналам связи на НПУ совместно с данными о времени приема сигнала t_i и пространственном положении фазовых центров приемных антенн АПМ ОП и ВП, совместное упорядоченное запоминание на НПУ значений квадратурных составляющих сигнала и их временных параметров, а также временных и пространственных параметров, соответствующих ОП и ВП, формирование на их основе разностных траекторных значений S(t_i) путем попарного перемножения запомненных квадратурных составляющих сигнала S₁(t_i), принятых на ОП в момент времени t_i, с соответствующими комплексно сопряженными значениями квадратурных составляющих сигнала S 2 * ( t i ) , принятыми на ВП в момент времени t_i, t_i=i·Δt, i=1, 2, …, I; Δt - шаг по времени, нахождение на основе данных S(t_i), полученных на интервале синтезирования I·Δt, местоположения ИРИ с применением метода согласованной обработки.

На основном и выносных позициях используются только по одному антенно-приемному модулю.

Для согласованной обработки результатов измерений умножают принятый разностный траекторный сигнал на опорную функцию, представляющую собой комплексно сопряженный разностный траекторный сигнал от ИРИ, расположенного в элементе разрешения с заданными координатами, накапливают сигнал по модулю в течение времени синтеза, нормируют, получают величины, характеризующие элементы разрешения, находят местоположение ИРИ путем поиска элемента разрешения с наибольшей данной величиной.

Синхронизацию измерения параметров на ОП и ВП осуществляют автономно каждым носителем с использованием меток времени спутниковой системы навигации.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе за счет использования метода синтеза разностной апертуры устраняется отстройка по частоте АПМ и ИРИ, нестабильность фазы в передающем тракте ИРИ, а также фазовая модуляция сигнала, чем и обеспечивается повышение точности определения координат ИРИ.

Поставленная цель в заявляемом устройстве достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из двух и более идентичных беспилотных летательных аппаратов и наземного пункта управления, причем каждый из БПЛА содержит последовательно соединенные котроллер, рулевой привод и аэродинамические рули, автопилот, группа информационных входов которого соединена с второй группой информационных выходов контроллера, первая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов автопилота, двигательную установку, группа информационных входов которой соединена с третьей группой информационных выходов контроллера, первый L-канальный приемопередающий модуль, группа информационных входов которого соединена с четвертой группой информационных выходов контроллера, вторая группа информационных входов которого соединена с первой группой информационных выходов первого приемо-передающего модуля, последовательно соединенные первое запоминающее устройство и передающий модуль, блок навигации БПЛА, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов первого запоминающего устройства, а НПУ выполнен содержащим последовательно соединенные первый блок управления, предназначенный для управления взлетом, полетом и посадкой БПЛА, второй L-канальный приемопередающий модель и первое устройство обработки и отображения информации, последовательно соединенные L-канальный приемный модуль, второй блок управления, предназначенный для задания исходных данных и формирования команды на определение координат источника радиосигнала и второе устройство обработки и отображения информации, группа информационных выходов которого является выходной шиной наземного пункта управления, дополнительно в каждый БПЛА введено по одному антенно-приемному модулю (АПМ), группа информационных выходов каждого из которых соединена с первой группой информационных входов соответствующего первого запоминающего устройства, а группа входов управления соединена со второй группой информационных выходов первого приемопередающего модуля, а в НПУ дополнительно введены коррелятор, группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов второго устройства обработки и отображения информации, а группа информационных входов объединена с первой группой входов второго блока управления, вторая группа выходов которого соединена со второй группой информационных входов второго приемо-передающего модуля, второе запоминающее устройство, группа информационных входов которого является второй установочной шиной наземного пункта управления, а группа информационных выходов соединена с третьей группой входов второго устройства обработки и отображения информации, а вторая группа информационных входов второго блока управления является первой установочной шиной наземного пункта управления.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что вводятся новые элементы и связи, позволяет достичь цели изобретения: обеспечить повышение точности местоопределения ИРИ в УКВ-СВЧ-диапазонах частот благодаря реализации метода синтеза разностной апертуры в измерителе.

Заявляемые объекты поясняются чертежами, на которых показаны:

на фиг. 1 - обобщенный алгоритм определения координат источника радиоизлучения;

на фиг. 2 - обобщенный алгоритм синтеза разностной апертуры;

на фиг. 3 - обобщенная структурная схема устройства определения координат источника радиоизлучения;

на фиг. 4 - структурная схема антенно-приемного модуля;

на фиг. 5 - порядок настройки приемных трактов АПМ;

на фиг. 6 - структурная схема второго устройства обработки и отображения информации;

на фиг. 7 - результаты первого варианта формирования функции неопределенности при синтезе разностной апертуры:

а) траектории фазовых центров антенн 1 (ОП) и 2 (ВП) на интервале времени t₁-t₂;

б) сечение ФН на уровне 0,7 при синтезе разностной апертуры;

в) сечение ФН при синтезе апертуры для траектории 1 (ОП);

г) сечение ФР при синтезе апертуры для траектории 2 (ВП);

на фиг. 8 - результаты второго варианта формирования функции неопределенности при синтезе разностной апертуры:

а) траектории фазовых центров антенн 1 (ОП) и 2 (ВП) на интервале времени t₁-t2;

б) сечение ФН на уровне 0,7 при синтезе разностной апертуры;

в) сечение ФН при синтезе апертуры для траектории 1 (ОП);

г) сечение ФН при синтезе апертуры для траектории 2 (ВП);

на фиг. 9 - результаты третьего варианта формирования функции неопределенности при синтезе разностной апертуры:

а) траектории фазовых центров антенн ОП и ВП на интервале времени t₁-t₂;

б) сечение ФН на уровне 0,7 при синтезе разностной апертуры;

в) сечение ФН при синтезе апертуры для траектории 1 (ОП);

г) сечение ФН при синтезе апертуры для траектории 2 (ВП);

на фиг. 10 - траектории движения БПЛА относительно ИРИ в фиксированной системе координат:

а) для экспериментов №№1-6;

б) для эксперимента №7;

на фиг. 11 (1-7) - суммарные функции неопределенности (шаг по х - 10 м, шаг по y - 5 м) и их элементы разрешения в ФСК для элементов 1-7 соответственно;

на фиг. 12 - результаты синтеза апертуры для несущей частоты 30,5 МГц:

а) траектории движения БПЛА 1 и 2 относительно ИРИ в ФСК;

б) путевые скорости БПЛА;

в) спектр сигнала, принятого на борту БПЛА 1;

г) спектр сигнала, принятого на борту БПЛА 2;

д) частота принятого разностного траекторного сигнала (1) и частота эталонного разностного траекторного сигнала (2);

е) разность фаз между эталонным и принятым разностным траекторным сигналом;

ж) функция неопределенности (шаг по х - 10 м, шаг по y - 5 м);

з) элемент разрешения по ФСК;

на фиг. 13 - результаты синтеза апертуры для несущей частоты 199,5 МГц:

а) траектория движения БПЛА относительно ИРИ в ФСК;

б) путевые скорости БПЛА;

в) спектр сигнала, принятого на борту БПЛА 1;

г) спектр сигнала, принятого на борту БПЛА 2;

д) частота принятого разностного траекторного сигнала (1) и частота эталонного разностного траекторного сигнала (2);

е) разность фаз между эталонным и принятым траекторными сигналами;

ж) функция неопределенности (шаг по х=10 м, шаг по y=5 м);

з) элемент разрешения в ФСК;

на фиг. 14 - результаты синтеза апертуры для несущей частоты 146 МГц:

а) траектория движения БПЛА относительно ИРИ в ФСК;

б) путевая скорость БПЛА;

в) спектр сигнала, принятого на борту БПЛА 1;

г) спектр сигнала, принятого на борту БПЛА 2;

д) частота принятого разностного траекторного сигнала (1) и частота эталонного разностного траекторного сигнала 2;

е) разность фаз между эталонным и принятым разностными траекторными сигналами;

ж) функция неопределенности (шаг по х=10 м, шаг по y=5 м);

з) элемент разрешения в ФСК.

Сущность изобретений состоит в следующем. В рамках предложенных материалов акцент сделан на определение местоположения ИРИ в УКВ-СВЧ-диапазонах частот (30-300 МГц) с использованием небольших летательных аппаратов, что является экономически обоснованным.

В настоящее время известны реализации фазоразностного и разностно-дальномерно-доплеровского способов определения координат, базирующихся на небольших беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) (см. Рембовский A.M. и др. Радиомониторинг - задачи, методы, средства / Под ред. A.M. Рембовского. - М.: Горячая линия-Телеком, 2010. - 624 с. ). Фазоразностный способ предполагает использование на борту БПЛА не менее трех АПМ, что ограничивает его использование в метровом диапазоне волн из-за габаритных и весовых характеристик. Применение разностно-дальномерно-доплеровского способа ограничено классом широкополосных сигналов и сложностью реализации.

Для названных исходных данных предпочтительным является использование способа пассивного синтеза апертуры (ПСА), реализуемого перемещением одного АПМ в пространстве для построения виртуальной апертуры большого размера. При этом в отличие от радиолокатора с синтезированной апертурой при пассивном синтезе отсутствует опорный радиосигнал и используется одно радиоприемное устройство (см. Кондратенков Г.С. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли / Г.С. Кондратенков, А.Ю. Фролов. - М.: Радиотехника, 2005. - 368 с. ). Этот способ относится к одноканальным корреляционным интерферометрическим измерителям, где физическое разделение каналов заменено временным.

В предлагаемых способе и устройстве для повышения точности определения координат предложено использование пассивного синтеза разностной апертуры, позволяющего устранить отстройку по частоте между АПМ и передатчиком ИРИ, влияние нестабильности фазы передатчика, а также учесть модуляцию сигнала ИРИ. Дополнительно повышение точности измерений достигается оптимизацией маршрутов полета носителей ОП и ВП относительно ИРИ.

Реализация способа достигается следующей последовательностью действий. С помощью АПМ ОП и ВП, размещенных на подвижных ЛПС (БПЛА) (фиг. 1, 2), осуществляют прием сигнала ИРИ. При этом на каждом из ЛПС размещают по одному АПМ. Принятый на интервале времени [t₀; t_c] высокочастотный сигнал преобразуют в электрический сигнал промежуточной частоты, дискретизируют с частотой F_ds и квантуют его, формируют две последовательности отсчетов квадратурных составляющих на нулевой частоте. Всего получают I_SA=T_SA·F_ds комплексных отсчетов радиосигнала ИРИ за время синтеза апертуры T_SA, T_SA=t_c-t₀, измеренных в моменты времени t_i, t=i·Δt, t=0, 1, …, T_SA-1, Δt=1/F_SA.

Одновременно в интервале времени [t₀; t_c] осуществляют определение местоположения фазовых центров антенн (ФЦА) АПМ. Частоту измерений F_d выбирают из условия получения однозначных результатов пеленгования. Для этого расстояние между отдельными элементами апертуры должно составлять менее половины длины принимаемой радиоволны. В качестве системы координат может быть использована земная гринвичская геоцентрическая система координат (Е) (см. Wang W.Q. Multi-Antennas Synthetic Aperture Radar, Boca Raton, FL; CRC Press, Taylor & Francis, cop., 2013. - 438 p.), или локальная (L) для данного носителя навигационная система координат (ЛСК). Центр последней совпадает с координатами ФЦА в начальный t₀ момент синтеза. Ось Y совпадает с вектором путевой скорости носителя в момент времени t₀, ось Z - по геофизической вертикали вверх, а ось X дополняет систему до правой. В результате имеем N_sa=T_SA·F_d отсчетов траектории ФЦА за время синтеза апертуры, измеренных в моменты времени t_n, t_n=n/Fd, причем F_ds>Fd, I_SA>N_SA.

Как правило, навигационные системы носителей измеряют местоположение в земной гринвичской геоцентрической системе координат (ЗСК), а в ЛСК удобно анализировать свойства антенны с синтезированной апертурой. Для пересчета координат ФЦА между ЗСК и ЛСК, примем, что ось Z ЗСК направлена в сторону опорного меридиана, ось Y направлена вдоль оси вращения Земли, ось X дополняет систему до правой, и введем матрицу

где сХ=cos(X), sX=sin(X). Тогда матрица направляющих косинусов для перехода из ЛСК в ЗСК примет вид:

где B_L, L_l - геодезические координаты начала ЛСК, Ψ_ν - путевой угол в момент времени t₀.

Известно, что для синфазного сложения радиосигналов в элементах антенной системы допустимой является ошибка положения точек апертуры относительно заданного порядка λ/8, где λ - длина радиоволны, что соответствует ошибке измерения фазы сигнала π/4. В предлагаемом способе необходимо различать ошибки в знании начального положения ФЦА в момент времени t₀ и ошибки его положения относительно начального положения в течение времени синтеза T_SA.

Ошибка в знании начального положения ФЦА приводит к равной ошибке определения местоположения ИРИ, но не влияет на когерентное накопление радиосигнала в апертуре (см. Кондратенков Г.С. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли / Г.С. Кондратенков, А.Ю. Фролов. - М.: Радиотехника, 2005. - 368 с. ). Требования к знанию начального положения ФЦА определяют исходя из условий обеспечения требуемой точности оценки пространственных параметров сигнала. Ошибка, представляющая собой линейный набег координат ФЦА за время синтеза апертуры, вызванная погрешностями в оценке скорости смещения, повлечет за собой смещение максимума функции неопределенности без ухудшения разрешающей способности измерителя (см. там же). Поэтому требования к частоте измерения местоположения ФЦА вытекают из условий обеспечения требуемой точности пеленгования.

Таким образом, в предлагаемом способе для обеспечения когерентного накопления радиосигнала в апертуре на интервале синтеза T_SA для задачи пассивной локации в качестве допустимой принимается точность считывания координат ФЦА относительно линейного набега в пределах λ±/8.

Измеренные значения квадратурных составляющих сигнала, принятого на ОП и ВП, совместно с данными о пространственном положении ФЦА АПМ и времени их измерения t_i и t_n соответственно по соответствующим каналам связи передают на НПУ. Поступившие на НПУ данные о сигнале совместно запоминают (значения квадратурных составляющих сигнала соответствующего пункта и время их измерения t_i, а также координаты фазового центра антенны АПМ соответствующего пункта и время их измерения t_n).

Дискретные отсчеты квадратурных составляющих огибающих сигнала, принятые на интервале синтезирования l-м АПМ от неподвижного источника с длиной волны λ могут быть представлены в виде

где U_l(i) - амплитуда сигнала, r_l(i) - расстояние от ИРИ до траектории перемещение ФЦА l-го АПМ в момент времени i, - отстройка между l-м АПМ и ИРИ, Δt=1/F_ds - шаг по времени, φ_m(i) - фазовая модуляция сигнала ИРИ, δ_φИРИ(i) - нестабильность фазы передающего модуля ИРИ, δφ_l(i) - нестабильность фазы l-го АПМ, φ_ol - постоянный фазовый сдвиг для l-го АПМ. Из выражения (3) следует, что полезной информацией для определения местоположения ИРИ является составляющая фазы, вызванная изменением расстояния от ИРИ до АПМ. Для выделения полезной информации в предлагаемом способе предлагается выполнить перемножение сигналов, принятых разными АПМ:

где S₁(i) - сигнал, принятый от ИРИ на первом носителе ОП, - комплексно сопряженный сигнал, принятый от ИРИ на втором носителе ВП.

В выражении (4) сделано допущение, что можно пренебречь величиной задержки между сигналами S₁(i) и S₂(i). Это справедливо при выполнении условия: , где - полоса принимаемого сигнала, с - скорость света. Например, для полосы разница расстояний от носителей до ИРИ должна быть меньше 15 км. Невыполнение названного условия приводит к необходимости учета задержки между сигналами S₁(t) и S₂(t).

Выражение (4) для результирующего сигнала S(i) имеет вид:

где - отстройка по частоте между первым и вторым АПМ, φ₀ - постоянный фазовый сдвиг.

Из выражения (5) видно, что операция (4) устраняет неизвестную отстройку по частоте ИРИ, нестабильность фазы в передающем тракте ИРИ, а также фазовую модуляцию радиосигнала. Синхронизацию приемников ОП и ВП осуществляют с помощью секундных меток времени от навигационного спутникового приемника, точность которых составляет 50 нс. Последние используют в совокупности с высокостабильными генераторами, подстраиваемыми по секундной метке времени.

Результирующий сигнал S(t) обладает меньшей полосой частот, чем исходные сигналы S_l(i), принятые АПМ. Полезная информация заключена в составляющей фазы сигнала из чего следует, что полоса полезного сигнала определяется диапазоном доплеровских частот, присутствующих в траекторном сигнале. Поэтому частота дискретизации результирующего сигнала (4) может быть понижена до значения F_d.

Под разностным траекторным сигналом в данном случае понимают отсчеты результирующего сигнала (4), взятые в моменты времени t_n,

Q(n)=S(t_n), t_n=n/F_d,

На следующем этапе задают систему координат, в которой будет синтезироваться разностная апертура (S). В качестве последней может быть выбрана фиксированная (F) относительно земли декартова система координат (ФСК), местоположение которой задает оператор. При этом ось Y направлена на север по касательной к географическому меридиану, ось Z - по геодезической вертикали вверх, а ось X дополняет систему до правой. В этом случае с учетом (1) матрица направляющих косинусов для перехода от ФСК к ЗСК имеет вид:

где B_F, L_F - геодезические координаты начала ФСК. В качестве альтернативы может быть выбрана одна из ЛСК для используемых носителей. Матрица направляющих конусов для перехода из ЛСК в ФСК имеет вид

Так как система координат может быть задана на первом (предварительном) этапе работы, то в процессе работы задают лишь координаты ее начала.

Далее осуществляют пересчет траекторий двух ФЦА в единую систему координат.

Если траектории ФЦА измеряют в ЗСК, а в качестве системы координат для синтеза разностной апертуры (5) выбрана ФСК (S=F), то пересчет выполняют в соответствии с выражением (6)

где l - номер носителя, - координаты l-го ФЦА в ЗСК в момент времени n, - координаты центра системы координат для синтеза в ЗСК.

На следующем этапе задают рабочую зону для поиска местоположения ИРИ. Данная операция в ряде случаев (при наличии априорной информации о ИРИ) может выполняться одной из первых на подготовительном этапе для повышения быстродействия предлагаемого способа (аналогично известным решениям, предложенным в Пат. РФ №№2296341, 2327186 и др.). В общем случае и для удобства рассмотрения задание используемой в измерениях системы координат и рабочей зоны поиска ИРИ осуществляет оператор совместно. С этой целью координаты центра рабочей зоны поиска (Х_с,, Y_c, Z_c), максимальное отклонение от центра по трем осям выбранной системы координат (М_х, M_y, M_z), шаг квантования пространства по каждой из осей (Δ_х, Δ_y, Δ_z) задают из условия обеспечения требуемой точности и разрешающей способности измерителя (пеленгатора). При этом число градаций по осям координат составляет

где - операция округления до целого.

Точки пространства в пределах рабочей зоны в соответствии с выбранными шагами дискретизации по каждой из осей нумеруют: k_x=0, 1, …, N_x по оси X, k_y=0, 1, …, N_y по оси Y, k_z=0, 1, …, N_z по оси Z. При этом (k_x, k_y, k_z)-тая точка имеет координаты x_k=Δ_х·Δk_x+х_с-М_х, y_k=Δ_y·k_y+y_c-M_y, z_k=Δ_z·k_z+z_c-M_z. Всего получается К=N_x·N_y·N_z элементов разрешения, при этом k-й элемент разрешения задается трехмерным вектором

Шаг квантования пространства по каждой из осей должен быть меньше разрешающей способности измерителя по соответствующей оси.

Известно, что разрешение вдоль линии движения носителя (по азимуту) и при условии прохождения радиосигнала в одном направлении определяется выражением (см. Кондратенков Г.С. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли / Г.С. Кондратенков, А.Ю. Фролов. - М: Радиотехника, 2005. - 368 с. )

где R_н - наклонная дальность от носителя до ИРИ, d - размер синтезированной апертуры, θ_н - угол наблюдения ИРИ. Очевидно, что разрешение зависит от расстояния между носителем и ИРИ, а так же от угла наблюдения. Минимально достижимое разрешение по одной из координат для апертуры, синтезированной на l-м носителе, в пределах рабочей зоны определяет как

где - минимальная наклонная дальность от l-го носителя до ИРИ.

Предусматривая возможность двукратного улучшения разрешения в случае синтеза разностной апертуры для произвольной траектории полета l-го носителя шаг квантования пространства по горизонтальным осям может быть установлен

На следующем этапе способа формируют опорные (эталонные) сигналы для всех К элементов разрешения с заданной длиной волны λ. Опорный (эталонный) траекторный сигнал от монохроматического стационарного источника с длиной волны λ расположенного в k-м элементе разрешения с координатами определяется как

где - координаты l-го ФЦА в системе координат (S) в момент времени n. Опорный (эталонный) разностный траекторный сигнал для k-го элемента разрешения из совокупности К находят из выражения

Далее осуществляют обработку траекторного сигнала. Для каждого k-го элемента разрешения вычисляют характеризующую его величину:

На основании полученных значений A_k приступают к построению пространственного изображения.

Совокупность величин A_k представляет собой функцию пространственн