CC BY
30
УДК 621.396.967.2
И.И. ОБОД, д-р техн. наук,
Ю.А. ЛУЦЕНКО
ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОТЫ ОБЪЕКТОВ В СИНХРОННОЙ
ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ СИСТЕМ НАБЛЮДЕНИЯ
Надаються вимоги до потрібної стабільності формування шкал часу у синхроній інформаційній мережі при вимірювані висоти літака по дальномірним вимірюванням.
The requirements of necessary stability of forming of time-scales in a synchronous information network at calculation of airplane height on distance measuring are given.
Постановка задачи и обзор литературы. В ведущих странах мира довольно длительное время существуют национальные единые системы контроля использования воздушного пространства как войсковой, так и гражданской авиацией. Очевидно, что при этом достигается максимальная эффективность использования воздушного пространства при сравнительно низких материальных, технических и людских затратах.
Одной из составляющих системы контроля использования воздушного пространства является единая информационная сеть (ЕИС) на базе существующих систем наблюдения (СН). Сетевому построению информационных средств в настоящее время уделяется значительное внимание [1 - 7]. В частности, существующие национальные единые системы контроля использования воздушного пространства, как правило, реализованы на сетевом использовании отдельных информационных средств [3] (программы 968Н, ACCS и др.). Основными задачами этих программ являются объединение в общую сеть существующих СН различных ведомств и централизованное управление этой сетью вышестоящим органом. При этом сеть реализована на несинхронном принципе и используется трехмерная система координат. Объединенная информация сети выдается потребителям. Однако такой принцип организации сети обедняет информационное обеспечение потребителей и не разрешает проблем отдельных информационных средств, в частности, систем вторичной радиолокации, совместного функционирования систем первичной и вторичной радиолокации и т.д. Переход к синхронному принципу построения сети, в которой используется четырехмерная система координат, как показано в [4 - 7] позволит обеспечить полное и надежное информационное обеспечение потребителей, а также разрешить проблемы функционирования отдельных информационных средств. Кроме того, использование четырехмерной системы координат в синхронной информационной сети (СИС) расширяет функциональные возможности такой сети, в частности, появляется возможность реализации кооперативного приема
сигналов, измерения высоты летательного аппарата (ЛА) по дальномерным измерениям и т.д.
Цель работы. Оценка качества измерения высоты ЛА по дальномерным измерениям в синхронной информационной сети.
Основная часть. Как известно из [8, 9], используя измерения наклонной дальности до ЛА нескольких пунктов СИС, можно измерить высоту полета объекта. При этом необходимо отметить, что такая задача стоит как перед первичными, так и перед вторичными радиолокаторами. Действительно, как показано в [7], СИС систем вторичной локации (ВРЛ) предполагает переход к беззапросным системам и, следовательно, требует измерения высоты излучающего объекта. В связи с этим будем решать задачу совместного измерения высоты ЛА системами как первичной, так и вторичной локации.
Рассмотрим СИС, которая состоит из п приемных пунктов (рис.1). Для первичной системы это будет п наземных приемных пунктов эхо-сигналов, один из которых - излучающий, а для вторичной системы - это п наземных приемных пунктов ответных сигналов. Таким образом, задачи измерения высоты ЛА по эхо-сигналам и ответным сигналам идентичны. Точность измерения высоты ЛА зависит от точности измерения времени приема сигнала, точности синхронизации шкал времени приемных пунктов, а также от взаимного расположения приемных пунктов и ЛА.
Рис. 1. Г еометрия системы
Предположим, что с ЛА в момент времени Тк (/) происходит излучение или эхо, или ответного сигнала. Предположим также, что имеется четыре наземных приемных пункта. Следовательно, в каждом из приемных пунктов в момент времени Ті (ґ) (і = 0, . ..,3) осуществляется прием излученного ЛА сигнала. Считая шкалы времени, формируемые в приемных пунктах СИС, высокостабильными, можно опустить зависимость временных процессов от ґ. Таким образом, время прибытия сигнала ЛА в каждый из приемных пунктов СИС можно записать как Т = Т + Щ / с, где с - скорость света.
Вычитая время прибытия в базовый пункт обработки (считаем его нулевым) из времени остальных приемных пунктов, можно записать
Я, -Я = с(! -Т0) — г, , = 1, 2, 3 .
Однако, исходя из геометрии расположения приемных и излучающего пунктов, можно записать
Я2 — X2 + У2 + 72, Я2 — (х - X, )2 + (у - у, )2 + (7 - 7, )2 . Из (1) можно получить Я2 - Я02 —
Используя (2) и (1), можно записать
я2 -Я2 — (Я, -Яо)(Я, + Яо) — (г, + 2Яо)г,. Подставляя (3) в (2) и осуществляя перестановку, получаем
Я - я0 - х, + у, + 72 - 2(х,х + у,у + 7,7).
2(х,х + угу + 7г7 + Г,Я0 ) = Х2 + у2 + 72 - Г7 .
(1)
(2)
(3)
(4)
Нам требуется оценить влияние ошибок синхронизации шкал времени пунктов приема, т.е. Т,, на измерение высоты, т.е. на координаты г. Дифференцирование (4) позволяет записать
сх Оу сЪ
х -— + у, —— + 7 —— + Т
От
, 1 у1 гтт 1 71 гтт ' ', + Я0
а!] а!] а!] а!] а!]
— -2т
От,
, а!;
(5)
для I = 1, 2, 3; ] = 0, 1, 2, 3.
Используя результаты дифференцирования (5), а также исходя из (1)
Ох Оу О7 „ ОЯп
х-----+ у----+ 7------------— 0 ,
О!] О!] О!^ О!]
можно записать
х у 7 -Я0 Ох / сГ00 Ох / <Л1 Ох / Ох / О!з 0 0 0 0
х1 у 71 т1 Оу / аГо Оу / О! Оу / О!2 ау / а!3 Я -Я1 0 0
х2 у2 72 т2 с17 / О!о Ог / О!1 Ок / О!2 О7 / Л3 Я2 0 -Я2 0
х3 уз 73 т3 ОЯд / О!о ОЯд / О!1 ОЯд / О!2 ОЯд / Л3 Яз 0 0 -Яз
. (6)
Скорость света опущена из выражения (6) с учетом того, что ошибки в формировании шкал времени даны с точки зрения дальности. Если выражение (6) записать как Г>А = Я . то получим
А = б~1Я . (7)
Следовательно, для выбранного расположения приемных пунктов СИС и позиции ЛА матрицы б я Я известны и выражение (7) можно решить. Как следует из (7), третий ряд оцененной матрицы А представляет собой чувствительность измерения высоты ЛА к ошибкам синхронности формирования шкал времени приемных пунктов. Если все измеряемые интервалы времени одинаково чувствительны к ошибкам формирования СИС, то сумма квадратических ошибок представляет собой ни что иное, как общее
значение геометрического фактора (ГФ) [9]. Некоторые результаты расчета по выражению (7) представлены на рис. 2 и 3 при различных конфигурациях приемных пунктов и высоты ЛА. Рис.2 представлен для равномерного расположения трех пунктов на радиусе 45 км. вокруг базового приемного пункта, а рис. 3 - для треугольного. Высота полета ЛА была равной 5000 м.
Y км Y, км
Рис. 2. Зависимость P=f(x,y) Рис. 3. Зависимость P=f(x,y)
Представленные расчеты позволяют оценить требуемую точность синхронизации шкал времени приемных пунктов синхронной информационной сети систем наблюдения при вычислении высоты ЛА по дальномерным измерениям.
Выводы. Реализация синхронной информационной сети систем наблюдения, в которых время является одной из координат, позволяет осуществить измерение высоты летательного аппарата путем измерения наклонной дальности в пунктах сети.
Список литературы: 1. Фарина А., Студер Ф. Цифровая обработка радиолокационной информации. - М.: Радио и связь, 1993. - 320 с. 2. Farina A., Studer F.A. Radar Data Processing Introduction and Tracking. Vol.1. Research Studies Press. Letch worth England, 1985. - P. 121-12З. 3. LokJ.J. C2 for the air warrior // Jane’s International Defense Review. - October 1999. - Vol. 2. -P. 5З-59. 4. Теоретичні основи побудови завадозахищених систем інформаційного моніторингу повітряного простору // В.В. Ткачев, Ю.Г. Даник, С.А. Жуков, І.І. Обод, І.О. Романенко. - К.: МОУ, 2004. - 271 с. 5. Комплексне інформаційне забезпечення систем управління польотами авіації та протиповітряної оборони // В.В. Ткачев, Ю.Г. Даник, С.А. Жуков, І.І. Обод, І.О. Романенко. - К.: МОУ, 2004. - 342 с. б. Обод И.И., Луценко Ю.А. Информационная сеть систем наблюдения как основа информационного обеспечения потребителей // Вестник НТУ "ХПИ". Сборник научных трудов. Тем. вып. "Информатика и моделирование". - Х.: НТУ "ХПИ", 2006. - № 40. - С. 153-156. 7. Бакуменко Б.В., Булай А.М., Обод І.І. Єдине координатно-часове забезпечення як основа розв’язування протиріч спільного функціонування систем первинної і вторинної радіолокації // Системи обробки інформації: Збірник наукових праць. - Вип. 5 (54). - Х.: ХУПС. - 2006. - С. 3-9. S. Сколник М. Справочник по радиолокации в 4-х т. - Т.3. - М.: Сов. радио, 1978. - 475 с. 9. Кондратьев В. С., Котов А. Ф., Марков Л.Н. Многопозиционные радиотехнические системы. - М.: Радио и связь, 1986. - 263 с.
Поступила в редакцию 15.04.2007
