1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28948
(51) G01S 5/04 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/1706.1
(22) 06.11.2013
(45) 15.09.2014, бюл. №9
(72) Васильев Иван Вениаминович; Козин Игорь
Дмитриевич; Федулина Инна Николаевна; Троицкая
Наталья Ильинична
(73) Некоммерческое акционерное общество
"Алматинский университет энергетики и связи"
(74) Троицкая Наталья Ильинична
(56) Многочастотные фазовые измерения в задаче
определения удаления передатчика, Международная
научно-практическая конференция «Наука и
инновации на железнодорожном транспорте»,
Алматы, 2007
(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УДАЛЁННОСТИ
ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ
(57) Изобретение относится к радиотехнике и
может быть использовано в системах радиоконтроля
для обнаружения и определения местоположения
наземных источников радиоизлучения.
Достигаемым техническим результатом
изобретения является возможность определения
удаленности до реальных источников
радиоизлучения при приёме только единственной
моды радиоволны.
Предложен способ измерения удалённости
источника радиоизлучения, включающий приём
радиосигналов на двух излучаемых частотах,
измерение разности фаз этих сигналов, измерение
спектральных составляющих, возникающие при
модуляции несущей частоты источника излучения и
вычисление удалённости до источника
радиоизлучения.
(19)KZ(13)A4(11)28948

2. 28948
2
Изобретение относится к радиотехнике и может
быть использовано в системах радиоконтроля для
обнаружения и определения местоположения
наземных источников радиоизлучения.
Из уровня техники известен способ
радиомониторинга, реализованный в контрольно-
измерительном комплексе радиомониторинга НЧ,
СЧ и ВЧ диапазона "РОСОМАХА" (Патент RU на
полезную модель, №59840, кл. G01S5/00, G01S 5/04
2006). Способ осуществляется комплексом
радиомониторинга, состоящем, например, из трех
пространственно разнесенных стационарных постов
радиоконтроля, объединенных в единую сеть при
помощи канала связи, например, спутникового, и
управляемых из центрального диспетчерского
пункта. Каждый пост функционирует следующим
образом. Антенные рамки осуществляют прием
электромагнитных волн источника излучения в
диапазоне частот от 0,03 до 30 МГц в широком
азимутальном секторе. Наводимые в антенной рамке
высокочастотные токи перераспределяются на ее
зажимах за счет соответствующей комплексной
нагрузки, формируя, при этом, две самостоятельные
кардиоидные диаграммы направленности (ДН)
вертикальной левой и вертикальной правой
поляризации. Каждая антенная рамка имеет,
соответственно, свою комплексную нагрузку.
Сигналы комплексных нагрузок от пары антенных
рамок поступают на суммирующий трансформатор,
где происходит их сложение с равными
амплитудами и противоположными фазами. За счет
того, что антенные рамки расположены
противоположно друг другу, они представляют
собой плечи симметричного вибратора, имеющего
кардиоидную ДН. Каждая пара антенных рамок
расположена перпендикулярно друг к другу и под
углом 45° к горизонту для обеспечения идентичных
условий приема. Направление приема в угломестной
плоскости образованных симметричных вибраторов
для обеспечения оптимального приема на трассах
средней и большой протяженности составляет 24°.
Сигналы с выходов антенных рамок одной
линейки поступают на входы устройства
фазирования, в котором осуществляется продольное
фазирование на угол места 20°. С выходов всех
устройств фазирования сигналы поступают на блок
фазирования. В блоке фазирования сигналы делятся
на равные части и независимо фазируются как
сигналы в поперечной ФАР от трех антенных
линеек. Сфазированные сигналы суммируются. С
выхода блока фазирования каждой
двенадцатиэлементной ФАР 4 сигналы поступают
на блок усиления, где увеличиваются до уровня,
достаточного для дальнейшего использования.
С выходов блока усиления сигнал поступает на
делитель мощности, где происходит их
равноамплитудное деление на восемь выходов.
Сигналы со стойки деления антенного
коммутатора для дальнейшей обработки поступают
на входы коммутаторов комплектов обнаружения,
пеленгования и контроля. В зависимости от
контролируемого диапазона частот сигналы с
разных входов коммутируются на радиоприемные
устройства. Радиоприемные устройства
осуществляет селекцию контролируемого диапазона
частот и перенос на промежуточные частоты
455 кГц и 10,7 МГц. Параметры выделенного
сигнала преобразуются соответствующими аналого-
цифровыми преобразователями в цифровой код для
восприятия и обработки ЭВМ. ЭВМ осуществляет
обработку информации, запоминание результатов.
Опорный генератор формирует опорную частоту
МГц для радиоприемных устройств и подается через
коммутатор. Далее сигнал по каналам связи
поступает для дальнейшей обработки на
диспетчерский пункт. Таким же образом на
диспетчерский пункт поступают сигналы по
каналам связи от других постов радиоконтроля.
Данный способ позволяет определять
координаты источников радиоизлучения в широком
диапазоне частот.
Недостаток известного способа заключается в
том, что он содержит разнесённые посты
радиоконтроля, соединённые через каналы связи.
Определение расстояния до источника
разиоизлучения обеспечивается триангуляционным
методам по результата пеленгования разнесёнными
постами радиоконтроля. Это ограничивает
возможности использования способа, в частности, в
мобильных системах мониторинга. Кроме этого,
способ использует антенны зенитного излучения
для приёма ионосферной моды волны, а это
подразумевает необходимость определения
текущего состояния ионизации ионосферы.
Известен также способ однопозиционного
определения местоположения ДКМВ передатчиков
(Патент RU на изобретение, №2285934, кл. G01S
5/04 2005). Способ включает прием на заданной
частоте многолучевого сигнала передатчика
решеткой антенн, синхронное преобразование
ансамбля принятых антеннами сигналов в цифровые
сигналы и их синхронную регистрацию на заданном
временном интервале, после чего из цифровых
сигналов выделяют сигналы отдельных лучей
прихода сигнала передатчика и восстанавливают
двумерные пеленги каждого луча по известным
алгоритмам, формируют модель ионосферы,
соответствующую частоте и временному интервалу
приема сигнала, и модельные сигналы обратного
излучения в измеренных направлениях прихода
лучей, определяют траектории обратного
многоскачкового распространения модельных
сигналов и находят координаты точек их прихода на
поверхность Земли, которые идентифицируют как
координаты предполагаемых точек излучения
сигнала передатчика, находят совпадение
полученных точек, совпавшие точки объединяют и
находят точку, координаты которой
идентифицируют как координаты передатчика.
Этот способ позволяет создавать комплексы,
определяющие расстояние до источника излучения
из одного пункта.
Но этот способ требует наличия информации о
текущем состоянии ионосферы, разделения
сигналов наземной и ионосферной мод волны. При
невозможности приёма ионосферной моды

3. 28948
3
определение дальности до источника излучения не
возможно.
Наиболее близким к заявляемому изобретению
по совокупности признаков является способ,
описанный в статье «Многочастотные фазовые
измерения в задаче определения удаления
передатчика» (Международная научно-практическая
конференция «Наука и инновации на
железнодорожном транспорте», г. Алматы, ноябрь
2007г.). В данном способе определение
многочастотного излучения сигналов проводят
следующим образом.
В пункте передачи излучаются, а в пункте
приема производятся измерения фаз на двух
синхронно излучаемых частотах, при этом
излучаемая длина волны λ1 превышает длину волны
λ2 второго немодулированного сигнала на
некоторую величину. Наилучшие отношения частот
достигаются, когда соотношения длин волн обоих
сигналов не равно целому числу, то есть не должно
быть кратным длине первой волны. Это число
должно быть более 0,5 и должно быть нечетным.
Так как близкие частоты могут создать ситуацию
электромагнитной несовместимости, то частоты
ближайших сигналов должны отличаться не менее,
чем на ширину полосы пропускания приемных
радиосредств. Исходя из этих условий выбрано
соотношение λ2 = 0,7 λ1. Это означает, что через 7
периодов волна λ1 вновь совпадет по фазе с волной
λ2, которая за тот же период совершит 10 колебаний.
Это также значит, что точно измеряемое расстояние
до передатчика возрастает с одной длины волны до
семи. Вводят величину изменения второй λ2
относительно первой λ1 длины волны
δλ= 10 λ2/λ1
Если для измерений используют ещё один
(третий) сигнал λ3, имеющий длину волны на 0,7
меньше λ2, то расстояние безошибочного
определения с использованием фазовых измерений
уже на трех частотах возрастает до 49. То есть
зависимость безошибочного измерения дальности
для n частот, отличающихся последовательно в δλ
раз, определяется выражением:
d = δλn-1
.
За предельное и истинное измеряемое удаление
dmax принимают расстояние, которое меньше или
равно расстоянию между двумя точками, в которых
две волны разной частоты имеют совпадающие
нулевые (или совпадающие) фазы.
К недостаткам этого способа относится то, что
он требует для своей реализации излучение
источником специальных сигналов. Таким образом,
этот способ не применим для определения
расстояний до большинства реальных источников
радиоизлучения.
Технический результат при осуществлении
предлагаемого способа заключается в том, что
можно определять удалённость до реальных
источников радиоизлучения при приёме только
единственной моды радиоволны.
Указанный технический результат достигается
тем, что в способе, включающем приём
радиосигналов на двух синхронно излучаемых
частотах, измерение разности фаз этих сигналов и
вычисление удалённости до источника
радиоизлучения согласно предлагаемому
изобретению вместо синхронно излучаемых
специальных радиосигналов используют
спектральные составляющие, возникающие при
модуляции несущей частоты источника излучения.
Согласно изобретению указанный результат
достигается тем, что введено измерение фаз
сигналов модуляционных боковых полос
собственно источника радиоизлучения.
Указанный результат достигается также тем, что
зависимость разности фаз модуляционных
составляющих радиосигналов зависит от
удалённости источника излучения от точки приёма.
Способ измерения удалённости источника
радиоизлучения включает приём радиосигналов на
двух излучаемых частотах, измерение разности фаз
этих сигналов, измерение спектральных
составляющих, возникающие при модуляции
несущей частоты источника излучения, вычисление
удалённости до источника радиоизлучения.
Предлагаемый способ измерения удалённости
источника радиоизлучения осуществляется
следующим образом.
В пункте передачи излучают, а в пункте приема
производят приём радиосигналов на двух синхронно
излучаемых частотах и измерение фаз. Измеряют
комплексный спектр сигнала. При этом
имеется источник амплитудно-модулированных
радиосигналов с несущей частотой со и частотой
модуляции Ω. В спектре сигнала будут 3
составляющие: несущая ω и две боковых частоты,
ω - Ω и ω + Ω.
В процессе распространения фаза их меняется
по-разному с расстоянием, так как волновой
множитель k=2π/λ у них разный. Соответственно,
изменения разности фаз этих сигналов зависят от
удалённости (L) источника радиоизлучения от точки
наблюдения.
На следующем этапе вычисляют скорость
изменения фазы от частоты модуляционной
составляющей (∆φ/Ω). Так, фаза нижней боковой
полосы равна
φн=L*2π/λн=L*2π*fн/c=L*2π*(ω-Ω)/(2π*с)=L*(ω-Ω)/c. (1)
Таким образом фаза верхней боковой полосы
φв=L*(ω+Ω)/с. (2)
Разность фаз будет равна
∆φ=L*(ω-Ω)/c-L*(ω+Ω)/c=-2Ω*L/c. (3)
После чего рассчитывают расстояние до
источника радиоизлучения по формуле:
L=∆φ*c/2Ω. (4)
Из формулы следует, что для определения
дальности необходимо знать только частоту
модуляции. Максимальную дальность (для
исключения неоднозначности) оценивают, приняв
разность фаз 2п и частоту модуляции 1 кГц.
Lмакс=2π*с/(2*2π*103
)=3*108
(м/с)/2* 103
(Гц)=1,5*
105
м - 150 км.
Для других частот модуляции дальности будут
другими. Так как в реальных сигналах модуляция
осуществляется многими частотами (например,
речевым сигналом), то дальность - это фактически

4. 28948
4
скорость изменения разности фаз от частоты
модуляции.
Сравнительный анализ показал, что заявленный
способ измерения удалённости источника
радиоизлучения отличается от известных тем, что,
он обладает рядом преимуществ по сравнению с
известными способами подобного назначения,
такими как возможность определения удалённости
при приёме радиосигналов в одном пункте только
по единственной моде радиоволны, без знания
полного электронного содержания ионосферы и по
реальным модулированным сигналам.
Использование способа измерения удалённости
источника радиоизлучения упрощает построение
систем и комплексов для мониторинга источников
радиоизлучения.
Реализация предлагаемого способа измерения
удалённости источника радиоизлучения не
вызывает затруднений, так как для его
осуществления используется обычное комплексное
преобразование Фурье для получения информации о
мгновенных фазах модуляционных боковых полос
принимаемого радиосигнала.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ измерения удалённости источника
радиоизлучения, включающий приём радиосигналов
на двух излучаемых частотах, измерение разности
фаз этих сигналов и вычисление удалённости до
источника радиоизлучения, отличающийся тем,
что введено измерение спектральных
составляющих, возникающие при модуляции
несущей частоты источника излучения, а
удалённость вычисляется по формуле L=∆ φ*с/2Ω.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч