Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование точности определения координат разностно-дальномерным методом

Сведения об участнике
ФИО
Хрипунов Евгений Геннадьевич
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Машиностроение. Энергетика
Раздел области наук
Приборостроение. Радиотехника и электроника
Тема
Исследование точности определения координат разностно-дальномерным методом
Резюме
Строится математическая модель канала связи с многолучевым распространением применительно к разностно-дальномерной системе (РДС). Анализируется погрешность оценки разности моментов прихода радиосигналов, в два приемных пункта, расположенных на некотором удалении друг от друга. Исследуется влияние амплитуды отраженных лучей на смещение максимума взаимно-корреляционной функции (ВКФ), если время их задержки значительно отличается от истинного значения, а так же если находится в пределах основного пика ВКФ. Вычисляются поправки к полученным координатам источника радиоизлучения на основе статистического итерационного метода наименьших квадратов.
Ключевые слова
Источник радиоизлучения, разностно-дальномерный метод, определение координат, разность моментов прихода сигнала, взаимно-корреляционная функция, модель канала связи, многолучевость
Цели и задачи
Основной целью работы является исследование различных ситуаций, возникающих в результате многолучевого распространения сигналов, которые приводят неверной оценке разности моментов прихода сигналов на приемные пункты и, следовательно, неточному определению координат источника радиоизлучения (ИРИ). Еще одно направление - это статистическая обработка уже полученных данных, для минимизации погрешности и приближению к истинному положению ИРИ.
Введение

Изучение уже известных разработок в данной области показало, что разностно-дальномерная система (РДС) является давно известной классической системой определения координат, по которой имеется множество патентов и статей. Однако влияние многолучевости до сих пор остается открытым и до конца неизученным вопросом.

Выбор на РДС пал благодаря ее простоте: не требует большого количества аппаратуры, многоканальных приемников, направленных свойств антенн, а так же дальности действия. Данный метод использует измерения разностей моментов прихода сигнала в несколько пунктов наблюдения, находящихся на некоторых расстояниях друг от друга. Разность моментов прихода этих сигналов в разнесенные пункты определяется по положению максимума их ВКФ.

Методы и материалы

Для математического описания реального механизма многолучевого распространения сигналов в средах, где физические свойства изменяются случайным образом, была использована следующая модель многолучевого канала связи

\(y(t)=K\{s(t)\}+\xi(t)=\sum_{i=1}^{N} m_i(t)\times s(t-\tau_i)+\xi(t)\)

Посредством построения взаимно корреляционной функции

\(R(\tau)=\frac{1}{T}\int_0^T y_1(t)\times y_2(t-\tau)\; \mathrm{d}t\),

исследуется влияние амплитуды одного и двух отраженных лучей на смещение максимума ВКФ с задержкой значительно отличающейся от истинной, а так же в случае, когда она сопоставима с ней и находится в пределах основного пика ВКФ.

Описание и обсуждение результатов

При исследовании влияния амплитуды одного и двух отраженных лучей на смещение максимума ВКФ с задержкой значительно отличающейся от истинной были получены следующие результаты (рисунок 1)

 

                                                

                                                                                                 Рисунок 1

По рисунку 1 видно, что наличие одного отраженного луча с временем задержки значительно отличным от истинной (не влияющим на основной искомый пик ВКФ), даже при большой его амплитуде, не в состоянии повлиять на истинное положение максимума. Однако присутствие двух таких лучей, задержка которых обеспечивает перекрытие пиков их составляющих ВКФ, при достижении амплитуды 60% от прямого луча, смещает максимум ВКФ в положение, равное времени их задержки.

В случае, когда задержка второстепенного луча находится в пределах основного пика ВКФ, было установлено, что при смещении времени задержки отраженного луча (лучей) от центра основного пика ВКФ к его краю, погрешность при определении разности моментов прихода сигнала увеличивается. После того, как значение временной задержки одного отраженного луча покидает пределы основного пика ВКФ, точность вновь будет определяться только соотношением сигнал/шум, поскольку его амплитуда в результате отражения теряет достаточно большую часть мощности, чтобы повлиять на смещение истинного максимума. Однако в случае двух отраженных лучей, при амплитуде каждого не менее 60% от основного, максимум вероятнее всего сместится на среднее значение задержек этих лучей. При увеличении амплитуды отраженных лучей так же возрастает вероятность неточного определения истинного положения максимума. Однако были получены и другие значения, для объяснения которых построим представим рисунок 2.

 

                                           

                                                                                                    Рисунок 2

По рисунку 2 б) видно, что если время задержки отраженного луча попадет в отмеченную первую зону, то есть пик его составляющей полностью окажется под основным пиком ВКФ, то отклонение от истинного максимума будет минимальным, а уровень значительно вырастет над побочными составляющими.

Если время задержки отраженного луча попадет в отмеченную вторую зону, как показано на рисунке 2 в), то есть пик его составляющей только на половину перекрывается основным пиком ВКФ, то отклонение от истинного максимума будет большим, чем в первом случае, а уровень начет снижаться с увеличением амплитуды отраженного луча.

С постепенным увеличением амплитуды отраженного луча, время задержки которого попадает в третью область (рисунок 2 г)), истинный максимум начинает уменьшаться, а второстепенный, находящийся от него по другую сторону от пика, начинает наоборот увеличиваться и при достижении амплитуды отраженного луча 80% от прямого луча он становится абсолютным. Погрешность в данном случае возрастает в разы. При присутствии двух отраженных лучей, время задержки которых практически одинаково, наблюдается та же картина, но для других значений амплитуд.

Используемые источники
1. Черняк В.С. Многопозиционная радиолокация/ В.С. Черняк/.- М.: Радио и связь 1993. – 416 с.
2. Иванов А. П. Имитатор многолучевого канала связи / А. П. Иванов // Труды международного симпозиума «Надежность и качество».: М. –2011. – том 1. – с. 1 – 6.
3. Антипенский Р. В. Моделирование источников сложных сигналов / Р. В. Анетипенский. – Воронеж : Сов. электроника. 2007. – с. 46 – 49.
4. Ворошилин Е.П. Определение координат источников радиоизлучения разностно-дальномерным методом с использованием группировки низкоорбитальных малых космических аппаратов/ Е.П. Ворошилин, М.В. Миронов, В.А. Громов// Томск: Доклады ТУСУРа, № 1 (21), часть 2, июнь 2010.- с. 23 – 27.
Information about the project
Surname Name
Khripunov Evgeny
Project title
A study of the accuracy of determination of coordinates of the range-difference method
Summary of the project
The construction of a mathematical model of the channel connection with a multipath propagation as applied to range-difference system (RDS). Analysis of the errors difference moments of arrival of radio signal, in two spaced apart receiving points. Study of impact amplitude the reflected rays on displacement of maximum the cross-correlation function (CCF), if delay time their differs significantly from the true value, and if they are within the limits of the main peak CCF. Calculated corrections to the received coordinates of the radio source based on the iterative statistical method of least squares.
Keywords
Radio source, range-difference method, determination of coordinates, difference moments of arrival of radio signal, cross-correlation function, model of the channel connection, multipath.