ОПРЕДЕЛЕНИЕ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ С

Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 11. Ч. 2
УДК 621.396.981
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ
С БОРТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
Н.В. Комаревцев, А.А. Аршакян
Рассмотрен способ определения координат источника излучения с борта летательного аппарата. Показаны возможности учета дополнительных факторов при
селекции источников. Разработана структурная схема устройства и программа преобразования из географических координат в пикселях на электронной карте.
Ключевые слова: источник радиоизлучения, летательный аппарат, координаты, эффект Доплера.
Задача определения координат источников электромагнитного излучения в радиочастотном диапазоне является важной составляющей мониторинга сигналов [1, 2, 3], и позволяет обеспечивать скрытность наблюдения и получение пеленгов вследствие отсутствия необходимости генерации зондирующих сигналов из точки обнаружения. Размещение пеленгационных средств на летательных аппаратах (ЛА) и в том числе на беспилотных ЛА позволяет существенно расширить зону мониторинга и осуществлять упреждающее обнаружение и определение координат источника
радиоизлучения (ИРИ) [4].
Устройство определения координат источника радиоизлучения с
борта летательного аппарата [4], позволяющее повысить селективность
ИРИ и точность определения его координат при пеленгации с борта летательного аппарата, уменьшить вероятность ложной тревоги приведено на
рис. 1.
15
1
3
4
6
5
7
8
9
10
13
11
12
14
16
2
Рис. 1. Структурная схема устройства определения координат
источника радиоизлучения с борта летательного аппарата
Устройство содержит пеленгационную антенну 1, блок 2 определе268
Управление, вычислительная техника и информационные технологии
ния параметров движения ЛА; усилитель 3 сигнала; блок 4 определения
параметров ИРИ; блок 5 определения направления линии пеленга в связанной системе координат; блок 6 пересчета параметров ИРИ с учетом
вектора скорости и Доплеровского смещения; блок 7 пересчета направления линии пеленга в Земную систему координат; блок 8 проверки попадания параметров ИРИ в поле допуска; блок 9 регистрации параметров и направления линии пеленга в запоминающем устройстве; блок 10 расчета
геодезических координат точек пересечения текущей линии пеленга с ранее зарегистрированными линиями пеленга; блок 11 уточнения параметров
ИРИ; блок 12 расчета поля допуска параметров ИРИ; блок 13 определения
попадания геодезических координат точек пересечения линии пеленгации
ИРИ с ранее зарегистрированными линиями пеленгации в поле допуска;
блок 14 усреднения геодезических координат ИРИ; блок 15 проверки попадания точек пересечения направления линии пеленга в Земной системе
координат в поле допуска; блок 16 нанесения ИРИ на цифровую карту местности.
Устройство работает следующим образом. Принимаемый сигнал от
ИРИ, или множества ИРИ поступает на пеленгационную антенну 1, которая может быть исполнена, в соответствии с [5]. Сигнал с пеленгационной
антенны 1 усиливается усилителем 3 и подается на блок 4 определения параметров ИРИ и блок 5 определения направления линии пеленга в связанной системе координат. Последовательность определения координат одного ИРИ показана на рис. 2.
6
5
4
1
3
2
Рис. 2. Последовательность определения координат
одного ИРИ
269
Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 11. Ч. 2
На рис. 2 показаны: траектория 1 полета летательного аппарата,
точки 2 отсчетов, линии 3 пеленга, верхняя и нижняя границы 4 поля допуска линии пеленга, источник 5 радиоизлучения, поле 6 допуска координат ИРИ.
В блоке 4, приведенном на рис. 1, определения параметров ИРИ над
принимаемым сигналом выполняется оконное преобразование Фурье по
зависимости
t
U (ω, t ) = ℑ[u (t )] = ∫ u (τ) exp(− iωτ )dτ ,
(1)
t −w
где t - текущее время; τ - вспомогательный аргумент, имеющий размерность времени, и введенный для того, чтобы отличить текущее время t от
переменной интегрирования τ; u(t ) - преобразуемый сигнал в сигнальной
области; exp(− iωτ ) - ядро преобразования; ω - круговая частота; w - ширина оконного преобразования Фурье; U (ω, t ) - текущий спектр Фурье;
ℑ[u(t )] - оператор преобразования; i = − 1 - мнимая единица.
Параметры ИРИ, рассчитанные блоком 4 определения параметров
ИРИ, при движении ЛА относительно ИРИ, изменяются за счет эффекта
Доплера. Для электромагнитного излучения доплеровское смещение частоты определяется соотношением
2


 1− ν

2

C − 1,
∆ω = ω ⋅ 

 1 + ν cos θ 


C


(2)
где ω - частота, измеренная при пеленгационной антенне, неподвижной
относительно ИРИ; С - скорость света в вакууме; v - модуль вектора курсовой скорости ЛА.
Для приведения географических координат к их проекциям на
плоскости в блоке 7 (рис. 1) можно воспользоваться зависимостями для
преобразования географических координат в равноугольную цилиндрическую проекцию Меркатора, имеющие следующий вид:
e

  π B   1 − e ⋅ sin B  2 
Ym = a ⋅ ln  tan  +  ⋅ 
 ;
(3)
 4 2   1 + e ⋅ sin B  


X m = a ⋅ L,
где B - географическая широта координаты; L - географическая долгота
координаты; X m - проекция Меркатора координаты X; Ym - проекция
Меркатора координаты Y; е - эксцентриситет земного эллипсоида; a и b –
полуоси эллипсоида Красовского (a = 6378245 м, b = 6356863 м);
270
Управление, вычислительная техника и информационные технологии
e = 1−
b2
2
.
a
В [3] предполагается
предполагается, что координаты B и L заданы в радианах.
e
 1 − e ⋅ sin B  2
Так как значение множителя 
 из выражения (3) пре 1 + e ⋅ sin B 
небрежимо мало,
мало а при обратном преобразовании в географические координаты значительно усложняется математический аппарат, что увеличивает нагрузку на бортовую ЭВМ, данным множителем можно пренебречь.
Для системы пеленгации разработана программа на языке C++.
Операторы алгоритма
алгоритма,, выполняющие преобразования из географических
координат в проекции Меркатора приведены на рис. 3. В качестве аргумента функции получают значения географических координат, а возвращают значения в пикселях на электронной карте.
Рис. 3. Фрагемнт программы преобразования координат
На рис. 3 приняты следующие обозначения: а – большая полуось
эллипсоида Красовского (a = 6378245 м); Pi – число «пи»; latitudeM0 =
широта калибровочной точки на цифровой карте в пикселях
кселях Ymerk 0 - проекция Меркатора широты точки калибровки; Y pixel 0 – расстояние в пикселях от нижнего края электронной карты до калибровочной точки);
longitudeM0 – долгота калибровочной точки на цифровой карте в пикселях;
X merk 0 – проекция Меркатора долготы точки калибровки; X pixel 0 – расстояние в пикселях от левого края электронной карты до калибровочной
точки); M – коэффициент масштабирования цифровой карты.
Минусом данной проекции является то, что полюсы не могут быть
на ней изображены (они
(они соответствуют особенности функции, отображающей координаты на сфере на координаты на плоскости), поэтому
обычно карту в проекции Меркатора ограничивают областями до 80 - 85°
271
Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 11. Ч. 2
градусов северной и южной широты.
В блоке 10, приведенном на рис. 1, могут быть применены методы,
описанные в [6]. Таким образом, предлагаемый способ легко реализуем на
бортовой ЭВМ ЛА средней производительности [7] и позволяет существенно повысить селективность ИРИ, при наличии в створе линии пеленга
других ИРИ с близкими параметрами, что существенно повышает эффективность пеленгации, в частности вероятность пропуска цели уменьшается
за счет формирования новых массивов в тех случаях, когда параметры
ИРИ выходят за пределы поля допуска, а вероятность ложной тревоги понижается за счет многократной пеленгации с разных точек траектории и
усреднения параметров и координат ИРИ.
Список литературы
1. Ларкин Е.В., Котов В.В., Котова Н.А. Система технического зрения робота с панорамным обзором // Известия ТулГУ. Сер. Технические
науки. Вып.2, ч.2, 2009. С. 161 - 166.
2. Ларкин Е.В., Аршакян А.А. Определение соотношения сигнал/шум в системах наблюдения // Известия ТулГУ. Технические науки.
Вып. 3. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. - С. 168 - 175.
3. Ларкин Е.В., Аршакян А.А. Наблюдение целей в информационно-измерительных системах // Сборник научных трудов Шестой Всероссийской научно-практической конференции «Системы управления электротехническими объектами «СУЭТО-6» Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. - С.
222 - 225.
4. Ларкин Е.В., Аршакян А.А. Оценка координат точечных источников сигналов // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Вып. 2. - Тула:
Изд-во ТулГУ, 2013. - С. 3 - 10.
5. Патент РФ № 2510618 // Аршакян А.А., Будков С.А., Ельчанинов
А.Ф., Комаревцев Н.В. Способ определения координат источника радиоизлучения с борта летательного аппарата. Опубл. 03.02.2014.
6. Комаревцев Н.В. Метод определения координат пеленгуемого
объекта на основе маршрутов обхода земного эллипсоида // Приборы и
управление. Вып. 10. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 99 - 103.
7. Комаревцев Н.В., Шишков А.А. Построение вычислительного
комплекса на отечественной аппаратно-программной платформе // VII региональная молодежная научно-практическая конференция Тульского государственного университета «Молодежные инновации». Ч. II. Тула: Издво ТулГУ, 2013. с. 128.
Аршакян Александр Агабегович, канд. техн. наук, докторант, elarkin@mail.ru ,
Россия, Тула, Тульский государственный университет,
272
Управление, вычислительная техника и информационные технологии
Комаревцев Николай Владимирович, асп., elarkin@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DEFINITION OF CO-ORDINATES OF RADIANCE SOURCE
FROM A BOARD OF AIRCRAFT
A.A. Arshakyan, N.V. Komarevtsev
The method of definition of co-ordinates of radiance source from a board of aircraft
is considered. Possibilities of accounting of additional factors when selection of sources are
shown. A block diagram of the hardware and the software of transformation from geographical coordinates to pixels on electronic map.
Key words: radiance source, aircraft, radio source, the aircraft, coordinates, effect
of Doppler.
Arshakyan Alexander Agabegovich, candidate of technical science, postgraduate,
elarkin@mail.ru , Russia, Tula, Tula State University,
Komarevtsev Nicolay Vladimirovich, postgraduate, elarkin@mail.ru , Russia, Tula,
Tula State University
УДК 623.54
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ
РЕГИСТРИРУЮЩИХ СИСТЕМ ДЛЯ ТРАЕКТОРНЫХ
ИЗМЕРЕНИЙ
А.П. Чупахин, М.Л. Савин
Рассмотрены специфические особенности применения оптоэлектронных
средств регистрации, располагающихся на опорно-поворотных платформах, для траекторных измерений. В основу изложения материала положен опыт создания мобильного автоматизированного измерительного комплекса (МАИК) «Траектория».
Ключевые слова: видеорегистрация, измерительная аппаратура, электромеханическая следящая платформа, оптоэлектронные средства
Развитие высокотехнологичных летательных аппаратов специального назначения предъявляет все более возрастающие требования к проведению траекторных измерений, поэтому существующие средства траекторных измерений не удовлетворяют в полной мере требованиям испытаний перспективного изделий без соответствующей модернизации [1]. За273