طرق الملاحة الراديوية لتحديد الإحداثيات، طريقة مقياس الزوايا-مقياس المدى، خطوط الموضع، خطأ في طريقة مقياس الزوايا-محدد المدى. طريقة لتحديد الإحداثيات ومعلمات الحركة لجسم متحرك غير خطي باستخدام قياس الزوايا فقط

في الحالة العامة، يتم تحديد الموقع اللحظي لجسم ما في الفضاء من خلال ثلاثة إحداثيات في نظام إحداثي واحد أو آخر. لتوصيف حركة كائن ما، هناك حاجة أيضًا إلى مشتقات الإحداثيات، التي يعتمد عددها على مدى تعقيد مسار الكائن. من الناحية العملية، يتم استخدام المشتقات التي لا تزيد عن الدرجة الثانية في أغلب الأحيان، أي سرعة الجسم والتسارع. في هذه الحالة، يقصدون عادةً الإحداثيات ومشتقاتها الخاصة بمركز ثقل الجسم. في كثير من الأحيان يتم قياس الإحداثيات فقط، ويتم الحصول على مشتقاتها عن طريق التمايز. ومن الممكن أيضًا تقدير مكون السرعة النسبية لجسم متعامد مع مقدمة الموجة الكهرومغناطيسية الواصلة إلى الهوائي بشكل مباشر عن طريق قياس انزياح تردد دوبلر. من خلال دمج سرعة الجسم، يمكنك الحصول على الإحداثيات المقابلة، ومن خلال التمييز بينها، يمكنك الحصول على التسارع.

في الرادار النشط، مع مراعاة الانتشار في اتجاهين للإشارة (من الرادار إلى الهدف والعودة)، يختلف تردد الإشارة المنعكسة بسبب تأثير دوبلر عن تردد الإشارة المرسلة بقيمة c متناسبة مع المكون الشعاعي للسرعة النسبية، والذي يمكن حسابه بواسطة الصيغة

إذا كان الطول الموجي للإشارة المرسلة معروفاً وتم قياس قيمة انزياح التردد الدوبلري. وتجدر الإشارة إلى أن الصيغة (7.2) تكون دقيقة فقط لقيم السرعة الأقل بكثير من سرعة انتشار الموجات الراديوية، حيث يمكن تجاهل التأثير النسبي.

يعتمد تحديد الإحداثيات الرادارية على خاصية الموجات الراديوية في الانتشار بشكل مستقيم وبسرعة ثابتة في وسط متجانس. تعتمد سرعة انتشار الموجات الراديوية على الخواص الكهرومغناطيسية للوسط الموجود في الفضاء الحر (الفراغ). عندما لا يتسبب ذلك في حدوث أخطاء كبيرة، يتم عادةً أخذ قيمة تقريبية للسرعة. إن ثبات سرعة واستقامة انتشار الموجات الراديوية يجعل من الممكن حساب النطاق D من الرادار إلى الجسم عن طريق قياس زمن انتقال الإشارة من الرادار إلى الجسم والعودة:

إن خاصية استقامة انتشار الموجات الراديوية هي أساس أساليب الهندسة الراديوية لقياس الإحداثيات الزاوية في اتجاه وصول الإشارة من جسم ما. في هذه الحالة، يتم استخدام الخصائص الاتجاهية للهوائي.

تتيح أساليب الهندسة الراديوية أيضًا العثور بشكل مباشر على الفرق في المسافات من جسم إلى جهازي إرسال متباعدين عن طريق قياس الفرق في وقت استقبال إشارات الراديو الخاصة بهما عند الجسم الذي يحدد موقعه.

في الملاحة الراديوية، عند العثور على موقع جسم ما، يتم تقديم مفاهيم معلمات الملاحة الراديوية والأسطح وخطوط الموضع.

معلمة الملاحة الراديوية (RPP) هي كمية فيزيائية تقاس مباشرة بواسطة RNS (المسافة، الفرق أو مجموع المسافات، الزاوية).

يعتبر سطح الموضع هو الموقع الهندسي للنقاط في الفضاء التي لها نفس قيمة RNP.

خط الموضع هو خط تقاطع سطحين موضعيين. يتم تحديد موقع الجسم من خلال تقاطع ثلاثة أسطح موضعية أو سطح وخط موضع.

وفقًا لنوع الإحداثيات المقاسة مباشرة، هناك ثلاث طرق رئيسية لتحديد موقع الكائن: مقياس الزوايا، وجهاز تحديد المدى، وجهاز تحديد المدى. يتم أيضًا استخدام طريقة مقياس الزوايا المدمجة على نطاق واسع.

طريقة مقياس الزوايا. هذه الطريقة هي الأقدم، حيث تم إنشاء إمكانية تحديد اتجاه وصول موجات الراديو من قبل A. S. Popov في عام 1897 عند إجراء تجارب الاتصالات الراديوية في بحر البلطيق.

يستخدم هذا الخصائص الاتجاهية للهوائي عند إرسال أو استقبال إشارة الراديو. هناك خياران لبناء أنظمة قياس الزوايا: تحديد الاتجاه الراديوي ومنارة الراديو. في نظام تحديد الاتجاه، يكون هوائي جهاز الاستقبال (محدد الاتجاه) اتجاهيًا، ويكون جهاز الإرسال (منارة الراديو) بهوائيًا شامل الاتجاهات. عندما يكون محدد الاتجاه (DF) والمنارة الراديوية (RM) موجودين في نفس المستوى، على سبيل المثال على سطح الأرض، فإن الاتجاه إلى المنارة يتميز بتحمل a (الشكل 1.7، أ). إذا تم قياس الاتجاه من خط الطول الجغرافي (اتجاه الشمال والجنوب)، فإنه يسمى الاتجاه الحقيقي أو السمت. غالبًا ما يعتبر السمت زاوية في المستوى الأفقي، ويتم قياسها من أي اتجاه يؤخذ على أنه صفر. يتم تحديد الاتجاه في موقع جهاز الاستقبال، والذي يمكن أن يكون إما على الأرض أو على جسم ما. في الحالة الأولى، يتم تحديد اتجاه الجسم من الأرض، وإذا لزم الأمر، يتم إرسال قيمة الاتجاه المقاسة إلى الجسم (على متن الطائرة) عبر قناة اتصال. عندما يتم تحديد موقع محدد الاتجاه على جسم ما، يتم قياس الاتجاه إلى منارة الراديو مباشرة على متن الطائرة.

يستخدم نظام المنارة الراديوية (الشكل 7.1، ب) منارة راديوية بهوائي اتجاهي وجهاز استقبال شامل الاتجاهات. في هذه الحالة، في موقع جهاز الاستقبال، يتم قياس المحمل العكسي بالنسبة لاتجاه الرصاصة التي تمر عبر النقطة التي توجد بها إشارة الراديو. غالبًا ما يتم استخدام منارة ذات قاع دوار. في اللحظة التي يتزامن فيها المحور السفلي مع الاتجاه الصفري (على سبيل المثال، الشمال)، يصدر هوائي PM الثاني غير الاتجاهي إشارة صفرية خاصة (شمال)، والتي يستقبلها مستقبل النظام وهي بداية الزاوية عدد. من خلال تحديد اللحظة التي يتزامن فيها محور الجزء السفلي الدوار للمنارة مع الاتجاه إلى جهاز الاستقبال (على سبيل المثال، عند الحد الأقصى للإشارة)، يمكنك العثور على المحمل العكسي، والذي، مع الدوران الموحد لأسفل المنارة، يتناسب مع الفاصل الزمني بين استقبال إشارة الصفر والإشارة عند لحظة الحمل.

في هذه الحالة، يتم تبسيط جهاز الاستقبال، وهو أمر مهم عندما يكون موجودا على متن الطائرة. سطح موضع مقياس الزوايا RNS هو مستوى رأسي يمر عبر الخط المحمل.

عند استخدام RP وRM الأرضيين، سيكون خط الموضع عبارة عن مسار مستقيم - قوس دائرة كبيرة يمر عبر نقاط موقع RP وRM. وهو خط تقاطع سطح الموضع مع سطح الأرض. المحمل الحقيقي (IP) هو الزاوية بين خط الطول وتقويم العمود الفقري. على مسافات صغيرة مقارنة بنصف قطر الأرض، يتم تقريب المستقيم بواسطة قطعة خط مستقيم. لتحديد موقع RP (الشكل 7.1، ج)، هناك حاجة إلى RM ثانٍ. باستخدام محملين، يمكنك العثور على موقع RP كنقطة تقاطع خطي موضع (اثنان من المتعامدين على سطح الأرض). إذا كان النظام موجودًا في الفضاء، فستكون هناك حاجة إلى منارة راديوية ثالثة لتحديد موقع RP. يسمح لك كل زوج (RP - RM) بالعثور على سطح الموضع فقط، والذي سيكون في هذه الحالة مستوى. عند تحديد موقع جهاز الاستقبال، يفترض أن إحداثيات PM معروفة.

في الملاحة البحرية والجوية، يتم بالطبع تقديم مفهوم - الزاوية بين المحور الطولي للسفينة (إسقاط المحور الطولي للطائرة على سطح الأرض) واتجاه بداية الزوايا، والتي يتم اختياره كخط الطول الجغرافي أو المغناطيسي، وكذلك خط تقويم العظام. وفقًا لهذا الاختيار، يتم التمييز بين الدورات الحقيقية والمغناطيسية والتقويمية. بالنسبة للطائرة، يتم استخدام ارتفاع الرحلة كإحداثي ثالث عند العثور على موقع - مطلق (يتم قياسه من مستوى بحر البلطيق)، وبارومتري (يتم قياسه بواسطة مقياس ارتفاع بارومتري بالنسبة إلى المستوى المأخوذ على أنه صفر)، وصحيح (أقصر عمودي عمودي). المسافة إلى السطح أدناه، مقاسة بمقياس الارتفاع الراديوي). عند استخدام مقياس الارتفاع الراديوي، يتم تحديد موقع الطائرة من خلال مجموعة من أساليب مقياس الزوايا وجهاز تحديد المدى لقياس الإحداثيات.

طريقة تحديد المدى. تعتمد هذه الطريقة على قياس المسافة D بين نقطتي إرسال واستقبال الإشارة بوقت انتشارها بين هذه النقاط.

في الملاحة الراديوية، تعمل أجهزة تحديد المدى مع إشارة استجابة نشطة تنبعث من هوائي جهاز الإرسال والاستقبال (الشكل 7.2، أ) عند تلقي إشارة الطلب. إذا كان وقت انتشار إشارات الطلب والاستجابة هو نفسه، وكان وقت تكوين إشارة الاستجابة في جهاز الإرسال والاستقبال لا يكاد يذكر، فإن النطاق الذي يقاسه المحقق (جهاز تحديد المدى الراديوي) . يمكن أيضًا استخدام الإشارة المنعكسة كاستجابة، وهو ما يتم عند قياس نطاق الرادار أو الارتفاع باستخدام مقياس الارتفاع الراديوي.

سطح موضع نظام محدد المدى هو سطح كرة نصف قطرها D. وستكون خطوط الموضع على مستوى ثابت أو كرة (على سبيل المثال، على سطح الأرض) عبارة عن دوائر، ولهذا السبب تسمى أنظمة محدد المدى أحيانًا دائرية . في هذه الحالة، يتم تحديد موقع الكائن كنقطة تقاطع خطي موضع. نظرًا لأن الدوائر تتقاطع عند نقطتين (الشكل 7.2، ب)، ينشأ غموض في المرجع، للقضاء على وسائل التوجيه الإضافية المستخدمة، والتي قد تكون دقتها منخفضة، ولكنها كافية لاختيار موثوق لأحد التقاطعين نقاط. نظرًا لأنه يمكن قياس وقت تأخير الإشارة بأخطاء بسيطة، فإن جهاز تحديد المدى RNS يجعل من الممكن العثور على الإحداثيات بدقة عالية. بدأ استخدام طرق تحديد النطاق الراديوي في وقت متأخر عن طرق قياس الزوايا. تم تطوير العينات الأولى لأجهزة تحديد المدى الراديوي بناءً على قياسات الطور للتأخير الزمني في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية تحت قيادة L. I. Mandelstam و N. D. Papaleksi و E. Ya. Shchegolev في 1935-1937. تم استخدام طريقة قياس النبض في الرادار النبضي الذي تم تطويره في 1936-1937. تحت قيادة يو بي كوبزاريف.

طريقة تحديد المدى الفرق. باستخدام مؤشر الاستقبال الموجود على متن الكائن، يتم تحديد الفرق في وقت استقبال الإشارات من أجهزة إرسال محطتين مرجعيتين: . تسمى المحطة A الرئيسية، لأنه بمساعدة إشاراتها تتم مزامنة عمل المحطة التابعة B. قياس الفرق في المسافات، بما يتناسب مع التحول الزمني للإشارات من المحطتين A و B، يسمح لنا بالعثور على الموقع فقط السطح المقابل لهذا الاختلاف وله شكل القطع الزائد. إذا كان مؤشر المستقبل والمحطتان A وB موجودتين على سطح الأرض، فإن القياس يسمح لنا بالحصول على خط موضع على سطح الأرض على شكل قطع زائد c.

بالنسبة لمحطتين، يمكنك إنشاء عائلة من القطع الزائد مع البؤر في مواقع المحطتين A وB. وتسمى المسافة بين المحطتين بالقاعدة. بالنسبة لقاعدة معينة، يتم تعيين مجموعة من القطع الزائد مسبقًا ورقمنتها. ومع ذلك، يسمح زوج واحد من المحطات بتحديد خط الموضع الذي يقع عليه الجسم فقط. للعثور على موقعه، هناك حاجة إلى زوج ثانٍ من المحطات (الشكل 7.3)، والتي يجب أن تكون قاعدتها بزاوية مع قاعدة الزوج الأول. عادةً ما تكون المحطة الرئيسية A شائعة وتقوم بمزامنة تشغيل كل من المحطات التابعة و. تتكون شبكة خطوط الموضع لمثل هذا النظام من عائلتين من القطع الزائدة المتقاطعة، مما يجعل من الممكن العثور على موقع مؤشر المستقبل (PI) الموجود على متن الكائن.

دقة نظام محدد المدى الفرقي أعلى من دقة قياس الزوايا وتقترب من دقة محدد المدى. لكن ميزتها الرئيسية هي السعة غير المحدودة، حيث يمكن للمحطات الأرضية أن تخدم عددًا غير محدود من PIs الموجودة ضمن نطاق النظام، حيث ليست هناك حاجة إلى وجود جهاز إرسال على متن الكائن المكتشف، كما هو الحال في نظام محدد المدى. تجدر الإشارة إلى أن الخطوط المقاربة للقطع الزائد هي خطوط مستقيمة تمر عبر مركز قاعدة كل زوج من المحطات في النظام، وبالتالي، عند مسافات أكبر بعدة مرات من طول القاعدة، تتحول خطوط الموضع إلى خطوط مستقيمة، ونتيجة لذلك يمكن استخدام نظام تحديد المدى الفرق كمقياس الزوايا.

اعتمادًا على أنواع الإشارات الواردة من المحطات الأرضية وطريقة قياس التحول الزمني لإشارات PI المستقبلة، يتم تمييز RNS لقياس فرق النبض والطور والطور والنبض.

تم اقتراح مبدأ نظام تحديد مدى فرق النبض من قبل المهندس السوفيتي إي إم روبشينسكي في عام 1938، لكن هذه الأنظمة لم تنتشر على نطاق واسع إلا في نهاية الحرب العالمية الثانية، عندما تم تطوير طرق لقياس الموقع الزمني للنبضات بدقة. تم إنشاء نظام تحديد المدى لفرق الطور الأول (مسبار الطور) في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في عام 1938. وفي وقت لاحق، تم استخدام هذا المبدأ في أنظمة Decca وCoordinator وما إلى ذلك.

طريقة الجمع بين مقياس الزوايا ومحدد المدى. تتيح لك هذه الطريقة العثور على موقع كائن ما من نقطة واحدة. تُستخدم الطريقة المدمجة عادةً في الرادارات التي تقيس المدى المائل D والسمت وزاوية الارتفاع P (الشكل 4.7). زاوية الارتفاع هي الزاوية بين الاتجاه نحو الجسم والمستوى الأفقي (سطح الأرض). يتم قياس السمت من الاتجاه الشمالي الجنوبي أو اتجاه آخر يعتبر الاتجاه الأولي. ومن خلال إعادة حساب الإحداثيات الرئيسية، يمكنك أيضًا العثور على الارتفاع والمدى الأفقي وإسقاطاته في الاتجاهين الشمالي والجنوبي والغربي الشرقي.

يعد تحديد موقع الجسم من نقطة واحدة واستخدام محطة واحدة ميزة كبيرة للطريقة المدمجة، والتي تُستخدم أيضًا على نطاق واسع في أنظمة راديو الملاحة قصيرة المدى.

تسمى الطرق المدروسة لتحديد موقع كائن بالنسبة إلى النقاط ذات الإحداثيات المعروفة (نقاط الملاحة الراديوية RNT) باستخدام الأسطح وخطوط الموضع الموضعية.

بالإضافة إلى الطرق الموضعية، تستخدم الملاحة طرق الحساب الميت من خلال دمج السرعة المقاسة (دوبلر أو مقياس الهواء) أو التسارع (مقياس التسارع)، بالإضافة إلى طرق المسح والمقارنة القائمة على مقارنة صور التلفزيون والرادار وغيرها من صور المنطقة مع الخرائط المقابلة. .

كما يستخدمون أيضًا طرق التنقل ذات الارتباط الشديد استنادًا إلى تحديد بنية خاصية المجال المادي لمنطقة معينة (على سبيل المثال، التضاريس) ومقارنة معلمات هذا المجال مع المعلمات المقابلة المخزنة في جهاز تخزين RNS. تتمثل مزايا هذه الأساليب في الاستقلالية والتداخل المنخفض وغياب الأخطاء المتراكمة في تحديد موقع الجسم.

إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه

سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.

نشر على http://www.allbest.ru/

يو دي سي 519.711.3

طريقة لتحديد الإحداثيات ومعلمات الحركة لجسم متحرك غير خطي باستخدام معلومات قياس الزوايا فقط

بينينن سيرجي الكسندروفيتش

جامعة نورث وسترن الحكومية للمراسلات التقنية,

سان بطرسبرج، روسيا

الشروح

تتناول المقالة طريقة لحساب تقدير مسار جسم متحرك غير خطي باستخدام معلومات قياس الزوايا فقط. تتميز الطريقة بخصائص الاستمرارية والمتانة وتتيح زيادة دقة تحديد معلمات الحركة مقارنة بالطرق الحالية

الكلمات المفتاحية: تحليل المسار، التقريب، الحركة غير الخطية، معلومات مقياس جونومتر، معلمات الحركة

طريقة اكتشاف الإحداثيات ومعلمات الحركة لجسم متحرك غير خطي باستخدام معلومات المحامل فقط

بيوننين سيرجي الكسندروفيتش

الجامعات التقنية الحكومية الشمالية الغربية،

شارع. بطرسبرغ، روسيا

توضح المقالة طريقة حساب مسار التقدير لجسم متحرك غير خطي باستخدام معلومات المحامل فقط. تتميز الطريقة بخصائص الاستمرارية والمتانة وتحسين دقة الكشف عن معلمات الحركة مقارنة بالطرق الحالية

الكلمات المفتاحية: تحليل المسار، التقريب، الحركة غير الخطية، معلومات المحامل فقط، معلمات الحركة

مقدمة

واحدة من أكثر أنواع الخوارزميات تعقيدًا في أنظمة الملاحة هي خوارزميات تحديد إحداثيات ومعلمات حركة الكائن (CPDO) باستخدام المعلومات قياس الزوايا. اليوم، هناك العديد من الطرق الرياضية المناسبة لتنفيذ هذه الخوارزميات، ولكل منها عدد من القيود الهامة في مجال تحديد كفاءة الأجسام المتحركة غير الخطية. سمح لنا استخدام أساليب تحليل النظم بصياغة صيغة جديدة للمشكلة وعلى أساسها تطوير طريقة حل جديدة لها عدد من المزايا المهمة.

صياغة المشكلة

يتحرك كائن المراقبة (OB) في فضاء ثنائي الأبعاد على طول مسار سلس، وهو دالة لمتجه الإحداثيات كدالة للوقت، ويحتوي على جميع المعلومات حول موضع ومعلمات وطبيعة حركة الكائن المرصود .

يتم وصف مسار المراقب بوظيفة مماثلة، والتي من المفترض أن تكون معروفة وكافية للموقع الحقيقي ومعلمات الحركة للمراقب.

في لحظات زمنية منفصلة محددة على شبكة موحدة ذات أصل وخطوة، يقيس الراصد زاوية التأثير على كائن المراقبة. زاوية التحمل هي الزاوية بين الاتجاه إلى الشمال والاتجاه إلى كائن المراقبة.

يتم ملاحظة زاوية التحمل مع بعض الأخطاء - تسمى خطأ القياس وتعتبر موزعة حسب قانون التوزيع الطبيعي.

ومن الضروري، استنادا إلى بيانات المراقبة، إعادة بناء مسار الهدف بدقة معينة.

طريقة N متعددة الحدود

مهمة بناء مسار كائن المراقبة هي مهمة بناء دالة تقارب بعض القيم المنفصلة التي تم الحصول عليها نتيجة لمعالجة الملاحظات.

لحل هذه المشكلة، من الضروري تقديم دالة تنفذ الاتصال بين بيانات المراقبة والمعلمات المقدرة.

دعونا نفعل ذلك عن طريق تحديد معادلة الخط المستقيم الذي يمر عبر مواقع الراصد وOH ويكون الخط المحمل (الشكل 1).

الشكل 1. تحديد خط التأثير على OH.

إحداثيات المراقب، - إحداثيات OH، ص- زاوية تحمل إلى OH.

معادلة الخط المستقيم هي :

أين هو المعامل الزاوي الخطي.

سنفترض أن المراقب يتحرك على طول المسار الموصوف بالوظائف.

للعثور على وظيفة مسار الكائن، نقوم ببناء وظائف تقريبية للإحداثيات من وقت المراقبة، والتعبير عنها من خلال مجموعة خطية من كثيرات الحدود المتعامدة، على سبيل المثال كثيرات الحدود:

أين هي كثيرات حدود تشيبيشيف من النوع الأول أو الثاني؛

الوقت المقدر للمراقبة.

نقوم بحساب شبكة أخذ العينات لكل من القياسات باستخدام الصيغة:

أين هو وقت تلك الملاحظة، هو وقت الملاحظة الأولى،

وقت الملاحظة الأخيرة.

أثناء حل المشكلة نحصل على بيانات حول موضع الجسم المرصود على شكل زوايا تحمل، والتي يتم بعد ذلك تحويلها إلى معاملات زاوية للمعادلة (1) كما يلي:

نظرًا للميزات الحسابية للدوال المثلثية، فإن الضوضاء الموجودة في بيانات مراقبة زوايا التحمل لها تأثير غير متساوٍ على دقة الحسابات للقيم المختلفة لوسيطة الدالة.

لتقليل تأثير اضطرابات الضوضاء، سنجري لكل معادلة مراقبة تحويلًا إحداثيًا متطابقًا يؤدي إلى تدوير نظام الإحداثيات الأساسي بحيث تكون زوايا المراقبة في نظام الإحداثيات الجديد قريبة من 0 درجة.

للقيام بذلك، سنقوم بتدوير الإحداثيات بزاوية، والتي سنختارها بهذه الطريقة. في هذه الحالة، فإن المعامل الزاوي في المعادلة (1) سوف يأخذ الشكل:

لنكتب إحداثيات كائن المراقبة في نظام الإحداثيات المُدار

سنقوم بإجراء تحويلات مماثلة لإحداثيات المراقب.

وبإعادة كتابة المعادلة (1) لنظام الإحداثيات المدورة وتجميع الحدود المعروفة في الجانب الأيمن نحصل على:

وبأخذ الرقم (5) وبالتعويض بـ (6) في (7) نحصل على:

دعونا نشير

وللتيسير نكتب (8) بالشكل التالي:

باستبدال الدوال التقريبية (2) بـ (9) لكل من الملاحظات التي تم إجراؤها، ثم تحويل النظام الناتج إلى شكل مصفوفة، نحصل على معادلة المصفوفة:

هنا (11) عبارة عن مصفوفة من الملاحظات، و(13) عبارة عن متجه عمود يحتوي على إحداثيات المراقب.

بعد حل النظام (10) لـ X، سنجد المعاملات. مسار الحركة غير الخطية قياس الزوايا

باستبدال المعاملات الموجودة (2)، نحصل على الوظائف المطلوبة التي تحدد مسار الكائن المرصود.

يسمح استخدام نظام تشيبيشيف لكثيرات الحدود المتعامدة بمراقبة كائن ما على شبكة زمنية موحدة، في حين أن عدد القياسات يمكن أن يتجاوز 2*n، حيث n هي درجة كثير الحدود التي تقارب مسار الكائن.

في هذه الحالة، من الضروري تقليل المصفوفة A إلى الشكل المربع. لحل هذه المشكلة، سوف نستخدم طريقة المربعات الصغرى المستخدمة على نطاق واسع، والتي ستسمح بتصفية إضافية للقياسات. ونتيجة لذلك فإن النظام (10) سوف يأخذ الشكل:

يتم تنفيذ الحل الإضافي للنظام بشكل مشابه لحل النظام (10).

تحليل مقارن لدقة تحديد معلمات الحركة للطرق المدروسة

بعد ذلك، نقدم النتائج الرئيسية للنمذجة المقارنة للخطأ في تحديد المسافة إلى الجسم المرصود باستخدام طريقة المحمل N وطريقة متعدد الحدود N.

تعرض الأشكال 2-5 النتائج الخاصة بأنواع مختلفة من حركة الجسم المرصود.

الشكل 2. خطأ في تحديد المسافة إلى OH، مع حركة خطية موحدة.

الشكل 3. خطأ في تحديد المسافة إلى OH أثناء الحركة الخطية المتسارعة بشكل موحد.

السطح المظلل - طريقة المحمل N؛

سطح الإطار - طريقة متعددات الحدود N.

الشكل 4. خطأ في تحديد المسافة إلى OH أثناء الحركة غير الخطية.

السطح المظلل - طريقة المحمل N؛

سطح الإطار - طريقة متعددات الحدود N.

الشكل 5. خطأ في تحديد المسافة إلى OH أثناء الحركة المنتظمة مع تغيير المسار.

السطح المظلل - طريقة المحمل N؛

سطح الإطار - طريقة متعددات الحدود N.

توزيع المحاور في الرسوم البيانية 2-5:

- المحور N هو الرقم التسلسلي للمراقبة المنفصلة؛

- المحور S - الحد الأقصى لمستوى الضوضاء عند مراقبة زاوية التحمل (بالدقائق القوسية)؛

- المحور E - خطأ في تحديد المسافة (% من المدى إلى OH).

لكل نوع من أنواع الحركة المعروضة على الرسم البياني، تم إجراء الحساب بناءً على بيانات من سلسلة من 1000 تجربة حسابية.

المعلمات التجريبية: نمذجة ضوضاء تحديد زاوية المراقبة وفق القانون الطبيعي وبحد أقصى. مستوى الضوضاء - 60"، وقت المراقبة - 600 ثانية، فترة الملاحظات المنفصلة - 15 ثانية، المسافة الأولية إلى الجسم المرصود - 3000 متر.

أرز. يوضح الشكل 2 التكافؤ العملي للطرق قيد الدراسة لحالة الحركة المستقيمة المنتظمة للـ OH. من تلك المبينة في الشكل. 3-5 الرسوم البيانية تظهر تحسنا كبيرا في دقة تحديد المسافة عند استخدام طريقة متعدد الحدود N لجسم متحرك غير خطي.

ويرد في الجدول 1 بيانات موجزة عن الدراسات المقارنة التي أجريت حول دقة تحديد عامل الكفاءة لمختلف أنواع الحركة.

الجدول 1 - مقارنة دقة تحديد CPDO باستخدام طريقة المحمل N وطريقة متعدد الحدود N

نوع حركة الكائن	الأعلى. مستوى الضوضاء،	خطأ في تحديد المسافة %	خطأ في تحديد وحدة السرعة، %
		طريقة تحمل N	طريقة N متعددة الحدود	طريقة تحمل N	طريقة N متعددة الحدود
موحدة على التوالي

تسارع بشكل موحد مستقيمة

على طول القطع المكافئ مع تسارع ثابت

موحدة مع تغيير المسار

مناقشة النتائج

تنتمي الطريقة المقترحة إلى فئة الطرق الهندسية وتتميز بالبساطة الحسابية الكبيرة وتسمح بما يلي:

1) إجراء تقييم مناسب لمسارات RP بمستويات مختلفة من التعقيد، بما في ذلك المسارات غير الخطية؛

2) إجراء تقييم لاحق لمتجه السرعة، والتسارع، ومعدل تغير تسارع OH، من خلال تحليل وظيفة إحداثيات OH مقابل الوقت؛

3) تنفيذ حل مستمر للمشكلة، بغض النظر عن معلمات حركة أوه؛

4) إنشاء تقديرات أكثر دقة للكفاءة مقارنة بطريقة المحمل N المستخدمة عمليًا، في حالات الحركة غير الخطية للكائن المرصود؛

5) حل المشكلة في الفضاء ثلاثي الأبعاد. للقيام بذلك، سيكون من الضروري استكمال النظام (2) بمعادلة تأخذ في الاعتبار ارتفاع الجسم المرصود، وتوسيع معادلة المصفوفة (10) بمعادلات المراقبة المقابلة.

يمكن تطبيق الطريقة:

1) كطريقة مستقلة لتحديد كفاءة الحركة غير الخطية OH؛

2) كطريقة بديلة لتحديد معلمات الحركة للأجسام المتحركة خطياً؛

3) كوسيلة لتطوير التقديرات الأولية كجزء من الأساليب التكيفية وغيرها من الأساليب التي تتطلب تحديد التقديرات الأولية لمعلمات حركة الجسم.

فهرس

1. بنليان شو. خوارزمية تتبع تكيفية لهدف مناورة المحامل فقط / Benlian Xu، Zhiquan Wang // IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security، 2007.- يناير. المجلد. 7، لا. 1.- ص. 304-312.

2. هامل إس.إي. حركة المراقب المثالية لتحديد الموقع باستخدام قياسات المحمل / S.E.Hammel, P.T.Liu, E.J.Hilliard, K.F.Gong.- أجهزة الكمبيوتر والرياضيات مع التطبيقات: -18 (1-3).-1989.- ص. 171-180.

3. Landelle B. اعتبارات المتانة لتتبع المحامل فقط/B. Landelle/ Information Fusion المؤتمر الدولي الحادي عشر حول - فرنسا: Thales Optronique، Universite Paris-Sud، - 2008. - ص 8

4. لي. ص. مسح تتبع الهدف المناورة. الجزء الأول. النماذج الديناميكية. / ر. لي وف.ب. جيلكوف/الفضاء والأنظمة الإلكترونية، - معاملات IEEE بتاريخ 39(4)، 2004.- ص. 1333-1364.

5. ميدلبروك د. أتمتة تتبع المحامل فقط لمركبة واحدة بدون طيار تحت الماء: أطروحة (S.M.) معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، قسم. دكتوراه في الهندسة الميكانيكية، 2007.

6. سانغ ج.س. تقدير المدخلات باستخدام نموذج متعدد للمناورة وتتبع الهدف / سانغ جين شين، تايك ليول سونغ // ممارسة هندسة التحكم، 2002.-ديسمبر. المجلد. 10، لا. 12.- ص. 1385-1391.

7. Kudryavtsev K.V. بحث وتطوير طريقة لتحديد معالم حركة الأجسام البحرية بطريقة عقلانية باستخدام معلومات قياس الزوايا. / K. V. كودريافتسيف/ ديس. دكتوراه. تقنية. الخيال العلمي. - موسكو، 2006. - 116 ص - RSL OD، 61: 06-5/3066.

8. بافلوف ب.ف.، الأساليب الحديثة للملاحة والتحكم في الحركة: نماذج وطرق معالجة المعلومات في مهام التحكم في الحركة / ب.ف. بافلوف، د. غولدين // ندوة عموم روسيا "مشاكل الإدارة" // معهد مشاكل الإدارة الذي سمي باسمه. في.أ. ترابيزنيكوفا راس - 2010. - رقم 3. - ص. 79-82.

تم النشر على موقع Allbest.ru

...

وثائق مماثلة

منهجية التحديد التجريبي لمنحنيات تسارع كائن التحكم على طول قنوات التحكم والاضطراب لخزان الضغط. الخصائص الديناميكية لكائن التحكم، الوصف الرياضي للديناميكيات من خلال معادلة تفاضلية خطية.

تمت إضافة العمل المخبري في 14/12/2010

اشتقاق معادلة حركة البندول. قوة الطاقة الحركية والمحتملة. تحديد جميع مواقف التوازن. دراسة الاستقرار. الحساب التحليلي والعددي لمسار النظام. تصوير مسار النظام بطرق مختلفة.

تمت إضافة الاختبار في 12/04/2016

نمذجة نظام المراقبة المستمرة على أساس نموذج مصفوفة لجسم المراقبة. العثور على وظيفة النقل لمرشح تشكيل عملية الإدخال. رسم رسم بياني لاعتماد الإحداثيات والسرعة على الوقت، ومسار المرحلة للنظام.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 25/12/2013

مفهوم وجوهر النظام مع التكرار الهيكلي. التصنيف والأصناف. وصف ميزات كل صنف. تحديد احتمالية الحالة التشغيلية للكائن. مستوى موثوقية كائن النسخ الاحتياطي وحسابه.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 03/05/2009

مفهوم التحسين متعدد المعايير. البرمجة الخطية والرياضية التي تقدم حلولاً عددية لمشاكل متعددة الأبعاد ذات قيود. حل مشكلة الترتيب لتحديد الكائن الأمثل بناءً على معلماته المحددة.

الملخص، تمت إضافته في 31/05/2014

تطوير منهجية لتقييم حالة المنشأة الهيدروليكية المعرضة للفيضانات ذات الطبيعة المختلفة باستخدام نظرية المجموعات الضبابية. نمذجة المخاطر المحتملة من أجل حل مشكلة تقسيم المنطقة الساحلية.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 23/07/2011

دراسات تحليلية وحاسوبية لمعادلة ونموذج فان دير بول. جوهر وميزات تطبيق طرق أويلر ورونجي-كوتا من الدرجة الرابعة. مقارنة دقة طريقتي أويلر ورونجي-كوتا على نفس الرسم البياني، مع رسم مسارات الطور من نقطة واحدة.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 10/06/2012

النماذج الرياضية للأشياء التقنية وطرق تنفيذها. تحليل العمليات الكهربائية في دائرة من الدرجة الثانية باستخدام أنظمة الرياضيات الحاسوبية MathCAD وScilab. النماذج الرياضية ونمذجة الأشياء التقنية.

تمت إضافة أعمال الدورة في 03/08/2016

التعاريف الأساسية. خوارزمية الحل. عدم المساواة مع المعلمات. التعاريف الأساسية. خوارزمية الحل. هذه مجرد إحدى الخوارزميات لحل عدم المساواة مع المعلمات باستخدام نظام الإحداثيات xOa.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 12/11/2002

الحساب باستخدام نظام MathCAD لقيم وظائف الحركة والسرعة والتسارع للمقطورة تحت تأثير قيمها الأولية دون الأخذ بعين الاعتبار القوة المزعجة لمخالفات الطريق. تقدير تأثير كتلة المقطورة على السعة القصوى للاهتزازات.

الطرق التقنية الراديوية لقياسات المسار الخارجي

تتمتع معدات قياسات المسار الخارجي، المستندة إلى مبدأ الهندسة الراديوية، بنطاق تتبع أكبر وأكثر عالمية مقارنة بالمعدات البصرية. يسمح لك بتحديد ليس فقط الإحداثيات الزاوية للطائرة، ولكن أيضًا المسافة إلى الكائن وسرعته واتجاه جيب التمام لخط النطاق، وما إلى ذلك.

تتراوحفي أنظمة الهندسة الراديوية يأتي تحديد وقت التأخير ر دوصول إشارات الراديو المنبعثة أو المنعكسة التي تتناسب مع النطاق

د=ط د ،

أين مع=3×10 8 م/ث - سرعة انتشار موجات الراديو.

اعتمادا على نوع الإشارة المستخدمة، التعريف ر ديمكن إجراؤها عن طريق قياس الطور أو التردد أو التحول الزمني المباشر بالنسبة للإشارة المرجعية. لقد تم العثور على أعظم تطبيق عملي نبض (مؤقت)و طرق المرحلة.في كل واحد منهم، يمكن إجراء قياس المدى كما الغير مرغوب فيها، لذا طلبطريق. في الحالة الأولى، النطاق د=ط د، في الثانية - د = 0.5 قيراط د .

في طريقة نبض خالية من الطلبيتم تركيب مؤقتات عالية الدقة على متن الطائرة وعلى الأرض × 1و × 2، متزامنة قبل الإطلاق (الشكل 9.5). وفقا للنبضات ش 1مؤرخ × 1الارسال على متن الطائرة صيصدر إشارات نبضية مع فترة ت. جهاز استقبال أرضي إلخيقبلهم من خلال ر = د / ج. فاصلة ر دبين نبضات الارض مزمن ش 2والنبضات ش 1في خرج المتلقي يتوافق مع النطاق المقاس.

في طلب طريقة النبضيتم إرسال الإشارة بواسطة جهاز إرسال أرضي، ويستقبلها جهاز استقبال على متن الطائرة ويتم ترحيلها مرة أخرى.

أرز. 9.5. مبدأ قياس المدى بطريقة خالية من النبض.

وتزداد دقة هذه الطرق مع زيادة تردد النبض.

طريقة المرحلةقياس المدى هو أن تأخير الإشارة يتم تحديده من خلال تحول الطور بين إشارة الطلب والاستجابة (الشكل 9.6).

أرز. 9.6. طريقة تحديد المرحلة

يصدر جهاز الإرسال الأرضي اهتزازات:

u 1 =أ 1 خطيئة(ث 0 ر+ي 0)=أ 1 خطيئة 1 ,

أين أ 1- السعة،

ث 0- تردد دائري،

ي 0- المرحلة الأولى،

ي 1 -مرحلة تذبذب الإشارة

تقوم المعدات الموجودة على متن الطائرة بترحيل الإشارة ش 1، ويقوم جهاز الاستقبال الأرضي باستقبال الإشارة

u 2 =أ 2 خطيئة=أ 2 خطيئة 2 ,

أين ي أ- تحول الطور الناتج عن مرور الإشارة في الجهاز، ويتم تحديده عن طريق الحساب أو التجربة.

تغيير مرحلة تذبذبات الإشارة ش 2نسبياً ش 1يتم تحديده من خلال العلاقة:

ي د = ي 2 - ي 1 = ث 0 ر د = LpD/(T 0 ق)،

من أين هو النطاق؟

أين ل 0- الطول الموجي.

عند القياس معلمات الحركة الزاويةتُستخدم طرق السعة والطور على نطاق واسع في هندسة راديو الطائرات.

طريقة السعةيعتمد على مقارنة اتساع الإشارة في مواضع مختلفة لهوائي الإرسال أو الاستقبال. في هذه الحالة، هناك خياران ممكنان لتنفيذ أنظمة قياس الزوايا: أجهزة تحديد اتجاه السعة والإشارات. في الحالة الأولى، جهاز الإرسال صيقع على الطائرة، ونمط الإشعاع لجهاز الاستقبال الأرضي إلخيحتل بشكل دوري الموضع الأول أو الثاني (الشكل 9.7).

أرز. 9.7. طريقة السعة لقياس المعلمات الزاوية

إذا كانت الزاوية أ=0، فإن مستوى الإشارة في كلا موضعي مخطط الإشعاع سيكون هو نفسه. لو أ¹0، فإن اتساع الإشارات سيكون مختلفًا، ومن خلال اختلافها يمكن حساب الموقع الزاوي للطائرة.

في حالة ضرورة وجود معلومات حول الموضع الزاوي على متن الطائرة، استخدم منارة السعة. للقيام بذلك، يتم تثبيت جهاز إرسال على الأرض، ويتم فحص نمط إشعاع الهوائي الأرضي، ويحتل بشكل دوري الموضعين الأول والثاني. ومن خلال مقارنة سعة الإشارات التي يستقبلها جهاز الاستقبال الموجود على متن الطائرة، يتم تحديد الموقع الزاوي للطائرة.

طريقة المرحلةعلى أساس قياس الفرق في المسافات من الطائرة إلى نقطتين مرجعيتين يا 1و يا 2(الشكل 9.8).

أرز. 9.8. طريقة المرحلة لتحديد المعلمات الزاوية

في هذه الحالة، المسافة إلى الكائن ص 1و ص 2يتحدد بفارق الطور دي جيالتذبذبات التوافقية المنبعثة من مصدر يقع في نقاط يا 1و يا 2. جيب تمام زاوية الاتجاه سمُعرف:

أين في- المسافة بين النقاط يا 1و يا 2.

مثال على مجموعة معقدة من قياسات المسار الخارجي المستخدمة في الممارسة الميدانية هو نظام "المسار" (الشكل 9.10). يستخدم هذا الجهاز، الذي تم تطويره وإنتاجه بواسطة معدات القياس SKB NTIIM، المبدأ الأساسي لمقياس الزوايا الإحداثي.

ويتكون من جهازي تتبع المزواة التلفزيونية 1، ونظام التحكم 2، ونظام مزامنة الوقت الموحد 3، ونظام التسجيل ومعالجة المعلومات 4. يتيح لك نظام "المسار" الحصول على معلومات حول الإحداثيات والسرعة ومعامل السحب وكذلك المراقبة سلوك كائن على شاشة المراقبة.

أرز. 9.10. نظام قياسات المسار الخارجي "المسار":

1- جهاز تتبع التلفاز بجهاز الثيودوليت . 2-نظام التحكم؛ نظام مزامنة الوقت من 3 وحدات؛ 4-أنظمة تسجيل ومعالجة المعلومات

الخصائص الرئيسية لنظام "المسار" موضحة أدناه:

خطأ في قياس الإحداثيات الزاوية بزاوية ارتفاع تصل إلى 60 درجة:

ثابت - 15 ثانية قوسية

في الديناميكيات - 30 ثانية قوسية،

الحد الأقصى لمعلمات تتبع الكائن

السرعة الزاوية - 50 درجة / ثانية

التسارع الزاوي - 50 درجة / ثانية 2،

تردد تسجيل الإحداثيات الزاوية لصور الكائنات هو 25-50 إطارًا في الثانية.

إن أهم مهمة للبحث الباليستي الخارجي هي تحديد الموقع المكاني لمركز كتلة الطائرة، والذي يتم تحديده بشكل فريد من خلال ثلاثة إحداثيات مكانية. في هذه الحالة، يستخدم التنقل مفاهيم الأسطح وخطوط الموضع.

تحت سطح الموقففهم الموقع الهندسي لنقاط موقع الطائرة في الفضاء، والذي يتميز بقيمة ثابتة لمعلمة الملاحة المقاسة (على سبيل المثال، زاوية الارتفاع، وزاوية السمت، والمدى، وما إلى ذلك). تحت خط الموقف، فهم تقاطع سطحين موضعيين.

يمكن تحديد موضع نقطة ما في الفضاء من خلال تقاطع خطي موضع وثلاثة أسطح موضعية وخط موضع مع سطح موضع.

وفقا لنوع المعلمات المقاسة، يتم تمييز الطرق الخمس التالية لتحديد موقع الطائرة: مقياس الزوايا، rangefinder، المجموع والفرق rangefinder ومجتمعة.

طريقة مقياس الزوايايعتمد على القياس المتزامن لزوايا رؤية الطائرة من نقطتين مختلفتين. يمكن أن يعتمد على مبادئ الهندسة البصرية والراديو.

في طريقة سينيثودوليتسطح التطبيق في أ=ثابتهو مستوى عمودي، وسطح الموقف في ب=ثابت- مخروط دائري قمته عند النقطة O (الشكل 9.11، أ).

أرز. 9.11. تحديد إحداثيات الأجسام باستخدام طريقة الثيودوليت السينمائي،

أ) خط السطح والموضع، ب) مخطط تحديد التنسيق

ويحدد تقاطعها خط الموضع المتوافق مع المولد المولد للمخروط. ولذلك، لتحديد موقع الطائرة، من الضروري تحديد إحداثيات نقطة تقاطع خطي الموقع من 1و من 2(الشكل 9.11، ب)، تم الحصول عليها في وقت واحد من نقطتي قياس يا 1و يا 2.

وفقًا للمخطط قيد النظر، يتم تحديد إحداثيات الطائرة بواسطة الصيغ:

أين في- المسافة بين نقاط القياس،

ر- نصف قطر الأرض في منطقة معينة.

استخدام طريقة تحديد المدىيتم تحديد إحداثيات الطائرة من خلال نقطة تقاطع ثلاثة أسطح كروية ذات أنصاف أقطار مساوية للنطاق د. ومع ذلك، في هذه الحالة، ينشأ عدم اليقين بسبب حقيقة أن المجالات الثلاثة لها نقطتي تقاطع، للقضاء على طرق التوجيه الإضافية المستخدمة.

الفرق وطريقة rangefinder الإجماليةيعتمد على تحديد الفرق أو مجموع المدى من الطائرة إلى نقطتي قياس. في الحالة الأولى، يكون سطح الموضع عبارة عن سطح زائد مكون من صفحتين، ولتحديد إحداثيات الكائن، من الضروري أن يكون لديك محطة (رائدة) أخرى. في الحالة الثانية، سطح الموضع له شكل إهليلجي.

الطريقة المجمعةتستخدم عادة في أنظمة الرادار، حيث يتم تعريف موقع الطائرة على أنه نقطة تقاطع سطح موضع كروي مع نصف قطر يساوي المدى ( د = ثابت) ، موضع السطح المخروطي ( ب=ثابت) وموضع السطح العمودي ( أ=ثابت).

طريقة دوبلريعتمد تحديد سرعة الطائرة وموقعها على تأثير تغيير تردد الإشارة الحاملة التي يرسلها المرسل ويدركها جهاز الاستقبال تبعاً لسرعة حركتها النسبية:

و د =¦ العلاقات العامة -¦ 0،

أين ف د- تردد دوبلر،

¦ العلاقات العامة - تردد الإشارة المستقبلة،

¦ 0 - تردد الإشارة المرسلة.

يمكن إجراء قياسات تردد دوبلر الغير مرغوب فيهاأو طلبطريقة. في الغير مرغوب فيهاالطريقة هي السرعة الشعاعية للطائرة عند الطول الموجي للإشارة ل 0، ويعرف:

V ص =F د ل 0،

في طلبطريقة:

V r =F د ل 0 /2.

لتحديد النطاق، يجب عليك دمج نتائج قياس سرعة الطيران خلال الوقت الذي يتحرك فيه الجسم من نقطة البداية. عند حساب الإحداثيات، يتم استخدام التبعيات لأنظمة محدد المدى الإجمالي.

تظهر مخططات تحديد معلمات الطائرة بناءً على تأثير دوبلر في الشكل 9.12.

أرز. 9.12. مخطط لتحديد إحداثيات الطائرة باستخدام طريقة دوبلر:

أ) بدون مرحل إشارة، ب) مع مرحل إشارة

عند إجراء قياسات المسار الخارجي لحركة الطائرات الصغيرة (الرصاص والمدفعية وقذائف الصواريخ)، يتم استخدام محطات رادار نطاق دوبلر DS 104، DS 204، DS 304 المصنعة من قبل NTIIM.

أرز. 9.13. محطات الرادار ذات نطاق دوبلر

دس 104، دس 204، دس 304

يستخدمون طريقة الاستعلام ويسمحون لك بتحديد السرعات على أي جزء من المسار، والإحداثيات الحالية في المستوى الرأسي، وحساب التسارع، وأرقام ماخ، ومعامل السحب، والانحرافات المتوسطة والمتوسطة للسرعة الأولية في مجموعة من اللقطات.

الخصائص التقنية الرئيسية لمحطة DS 304 هي كما يلي:

الحد الأدنى للعيار - 5 ملم،

نطاق السرعة - 50 – 2000 م/ث،

المدى - 50000 م،

خطأ في قياس السرعة - 0.1%،

تردد إشارة التحقيق - 10.5 جيجا هرتز،

مستوى قوة الإشارة المولدة هو 400 ميجاوات.

بناءً على مجموع المعلمات الهندسية المقاسة، ينقسم نظام تحديد موقع مصادر السجلات الطبية الإلكترونية إلى:

· التثليث (مقياس الزوايا، وتحديد الاتجاه)؛

· أجهزة تحديد المدى الفرق.

· أجهزة تحديد المدى للفرق الزاوي.

يحدد نوع وعدد الكميات الهندسية المقاسة البنية المكانية للنظام لتحديد موقع مصدر السجلات الطبية الإلكترونية: عدد نقاط الاستقبال المنفصلة مكانيًا لإشارات مصدر السجلات الطبية الإلكترونية وهندسة مواقعها.

تعتمد طريقة التثليث (مقياس الزوايا، تحديد الاتجاه) على تحديد الاتجاهات (المحامل) لمصدر السجلات الطبية الإلكترونية عند نقطتين في الفضاء باستخدام أجهزة تحديد الاتجاه الراديوي متباعدة عند القاعدة d (الشكل 18، أ).

أرز. 18. شرح طريقة التثليث لتحديد موقع مصدر الإشعاع الكهرومغناطيسي على المستوى (أ) وفي الفضاء (ب)

إذا كان مصدر الإشعاع الكهرومغناطيسي موجودًا في مستوى أفقي أو رأسي، لتحديد موقعه يكفي قياس زاويتي السمت μ1 وμ2 (أو زاويتي الارتفاع). يتم تحديد موقع مصدر EMR من خلال نقطة تقاطع الخطين المستقيمين O1I وO2I - خطي موضع.

لتحديد موقع المصدر في الفضاء، قم بقياس زاويتي السمت qa1 وqa2 عند نقطتين متباعدتين O1 وO2 وزاوية الارتفاع qm1 عند إحدى هاتين النقطتين، أو على العكس من ذلك، زاويتي الارتفاع qm1 وqm2 عند نقطتي استقبال و زاوية السمت qa1 عند أحدهما (الشكل 18، ب).

عن طريق الحساب، يمكن تحديد المسافة من إحدى نقاط الاستقبال إلى المصدر باستخدام الزوايا المقاسة وقيمة أساسية معروفة d:

من هنا نساوي تعبيرين لـ h:

وبالتالي المسافة إلى المصدر

طريقة التثليث سهلة التنفيذ من الناحية الفنية. لذلك، يتم استخدامه على نطاق واسع في أنظمة الراديو وRTR، في أنظمة تنوع الرادار السلبي لاكتشاف وتحديد إحداثيات الأجسام المنبعثة.

ومن العيوب الكبيرة لطريقة التثليث أنه مع زيادة عدد مصادر السجلات الطبية الإلكترونية الموجودة في منطقة تغطية أجهزة تحديد الاتجاه، قد تحدث اكتشافات خاطئة لمصادر غير موجودة (الشكل 19). وكما يتبين من الشكل 19، إلى جانب تحديد إحداثيات ثلاثة مصادر حقيقية I1 وI2 وI3، تم أيضًا اكتشاف ستة مصادر كاذبة LI1 و... وLI6. يمكن التخلص من الاكتشافات الكاذبة عند استخدام طريقة التثليث عن طريق الحصول على معلومات زائدة عن مصادر تحديد الاتجاه - عن طريق زيادة عدد أجهزة تحديد الاتجاه الراديوية المتباعدة أو عن طريق تحديد المعلومات المستلمة على أنها تخص مصدرًا محددًا. يمكن إجراء تحديد الهوية من خلال مقارنة الإشارات التي تستقبلها أجهزة تحديد الاتجاه حسب تردد الموجة الحاملة وفترة التكرار ومدة النبضة

أرز. 19.

يتم أيضًا الحصول على معلومات إضافية حول المصادر من خلال معالجة الارتباط المتبادل للإشارات الواردة عند نقاط متباعدة في الفضاء.

من الممكن أيضًا التخلص من الاكتشافات الخاطئة عند استخدام طريقة التثليث من خلال الحصول على بيانات حول اختلاف المسافات من مصدر الإشعاع إلى نقاط الاستقبال (مواقع محددات الاتجاه الراديوي). إذا كانت نقطة تقاطع الخطوط الحاملة لا تقع على القطع الزائد المقابل لفرق المدى، فهي خاطئة.

تعتمد طريقة قياس فرق المدى لتحديد الموقع على قياس الفرق في المسافات من مصدر الإشعاع الكهرومغناطيسي إلى نقاط الاستقبال المفصولة في الفضاء بمسافة d، وذلك باستخدام RES. تم العثور على موقع المصدر على المستوى كنقطة تقاطع لاثنين من القطع الزائدة (اختلافان في النطاق تم قياسهما عند ثلاث نقاط استقبال) ينتميان إلى قواعد مختلفة A1A2، A2A3 (الشكل 20). تتطابق النقاط المحورية للقطع الزائدة مع مواقع نقاط الاستقبال.

أرز. 20.

يتم تحديد الموقع المكاني لمصادر السجلات الطبية الإلكترونية من خلال ثلاثة اختلافات في النطاق، يتم قياسها عند ثلاث إلى أربع نقاط استقبال. موقع المصدر هو نقطة تقاطع ثلاثة أسطح زائدة للثورة.

تتضمن طريقة تحديد الموقع باستخدام مقياس الزوايا والفرق وتحديد المدى قياس الفرق في المسافات من مصدر السجلات الطبية الإلكترونية إلى نقطتي استقبال متباعدتين وقياس الاتجاه إلى المصدر عند إحدى هذه النقاط.

لتحديد إحداثيات المصدر على المستوى، يكفي قياس السمت μ والفرق في نطاقات الضغط الشرياني من المصدر إلى نقاط الاستقبال. يتم تحديد موقع المصدر من خلال نقطة تقاطع القطع الزائد والخط المستقيم.

لتحديد موضع المصدر في الفضاء، من الضروري قياس زاوية ارتفاع مصدر الإشعاع الكهرومغناطيسي عند إحدى نقاط الاستقبال. تم العثور على موقع المصدر كنقطة تقاطع المستويين وسطح القطع الزائد.

تعتمد الأخطاء في تحديد موقع مصدر الإشعاع الكهرومغناطيسي على المستوى على أخطاء قياس كميتين هندسيتين:

· اثنين من المحامل في أنظمة التثليث.

· هناك اختلافان في النطاق في أنظمة تحديد المدى المختلفة؛

· محمل واحد وفرق نطاق واحد في أنظمة تحديد المدى بفرق الزاوي.

باستخدام قانون غاوسي المتمركز لتوزيع الأخطاء في تحديد خطوط الموضع، تكون قيمة الجذر المتوسط التربيعي للخطأ في تحديد موقع المصدر هي:

وأين تباينات الأخطاء في تحديد خطوط الموضع؟ r هو معامل الارتباط المتبادل للأخطاء العشوائية في تحديد خطي الموضع L1 وL2؛ ص - زاوية تقاطع خطوط الموضع.

بالنسبة للأخطاء المستقلة في تحديد خطوط الموضع، r = 0.

مع طريقة التثليث لتحديد موقع المصدر

خطأ في موضع الجذر لمتوسط المربع

عند استخدام محددات اتجاه متطابقة

ستكون الدقة الأكبر عندما تتقاطع خطوط الموضع بزوايا قائمة (r = 90°).

عند تقييم الأخطاء في تحديد موقع المصدر في الفضاء، من الضروري مراعاة أخطاء القياس لثلاث كميات هندسية. يعتمد خطأ الموقع في هذه الحالة على الاتجاه المكاني النسبي لأسطح الموضع. ستكون أعلى دقة في تحديد الموضع عندما تتقاطع الخطوط الطبيعية لأسطح الموضع بزوايا قائمة.

تقييم مقارن لطرق تحديد المدى والفرق (تحديد الاتجاه) لتحديد إحداثيات RES

في الممارسة العملية، لتحديد إحداثيات مصادر الانبعاثات الراديوية (ERS)، يتم استخدام قياس الزوايا (تحديد الاتجاه)، وجهاز تحديد المدى، ومجموع جهاز تحديد المدى، وطرق جهاز تحديد المدى الفرقي، بالإضافة إلى مجموعات منها.

ومن خلال وصف هذه الأساليب، يمكن التعرف على سماتها المميزة.

وبالتالي، لتنفيذ أساليب محدد المدى ومجموع المدى، يجب أن تكون بنية الإشارة معروفة عند نقاط الاستقبال. في هذا الصدد، من بين أنواع مصادر الطاقة المتجددة المذكورة أعلاه، لا يمكن استخدام هذه الأساليب إلا لتحديد موقع محطات المشتركين (AT) للاتصالات الخلوية، نظرًا لأن تشغيلها ممكن بشكل أساسي فقط تحت سيطرة المحطة الأساسية، التي تقيس النطاق دائمًا AT أثناء الاتصال اللاسلكي.

بالنسبة لطرق القياس الزاوي (UM) وقياس فرق المدى (RDM)، لا يلزم الحصول على معلومات حول البنية الدقيقة للإشارة، ولكنها تكفي للإشارة فقط إلى منطقة الطيف التي تكون فيها الطاقة الرئيسية للإشارة تتركز الإشارة. علاوة على ذلك، فإن المزيد والمزيد من الشركات المصنعة للمعدات لتحديد إحداثيات الأشعة تحت الحمراء تولي اهتماما لـ RDM، وذلك بسبب ظهور موارد حوسبة مدمجة غير مكلفة وتحسين تقنيات استقبال الراديو، وتوافر قنوات نقل البيانات، فضلا عن وجود إشارات توقيت موزعة دقيقة .

يوضح الجدول نتائج تحليل مزايا وعيوب الخيارات التقليدية لبناء RDM (مع تزامن صارم لنقاط الاستقبال الطرفية) مقارنة بـ PA، المستعارة من تقرير الاتحاد الدولي للاتصالات ITU-R SM.2211.

طاولة

متطلبات أبسط لهوائي	الهوائي رخيص وغير معقد ويمكن أن يكون صغير الحجم. يمكن لمستقبلات RDM استخدام هوائي واحد بسيط (على سبيل المثال، ثنائي القطب أحادي الطرف أو متوازن). ميزة إضافية هي أنه يمكن تصنيع هوائي منخفض الحجم بحجم صغير.
سهولة اختيار الموقع ومتطلبات المعايرة	بالنسبة لـ RDM، تكون متطلبات اختيار الموقع أقل صرامة من متطلبات PA، ولا يلزم أي معايرة تقريبًا. ونتيجة لذلك، أصبح نشر معدات RDM أسرع. يمكن تركيب أجهزة استقبال RDM إضافية للتغلب على تأثيرات التظليل من العوائق الطويلة. في نظام PA، يجب اختيار المواقع لتقليل تشوه واجهة الموجة الناتج عن الإشعاع الثانوي الناتج عن العوائق المحلية، والانعكاسات الأرضية، والتغيرات في موصلية التربة. يجب معايرة بعض صفائف هوائي نظام PA بعد التثبيت في الموقع لتقليل التردد الناتج والأخطاء المعتمدة على الاتجاه.
النطاق العريض، وانخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) وإشارات قصيرة المدة	تعمل طريقة RDM بفعالية مع الإشارات الجديدة والناشئة التي تتميز بطرق تعديل معقدة وعرض نطاق واسع ومدة قصيرة. ومع زيادة عرض النطاق الترددي للإشارة، تزداد كفاءة RDM بشكل عام. تعمل طريقة PA بفعالية مع إشارات النطاق الضيق. يمكن استخدام أساليب PA المتقدمة لتحديد موقع أي إشارات، بما في ذلك الإشارات ذات النطاق العريض والمعقدة والقصيرة. ولا تعتمد درجة كفاءة PA، بالتقريب، على عرض نطاق الإشارة، بشرط أن يكون التباعد بين القنوات الخاضعة لتحويل فورييه السريع (FFT) مساوياً لعرض نطاق الإشارة. تعمل كلتا الطريقتين، RDM وAM، بكفاءة أكبر مع الإشارات التي تحتوي على نسبة إشارة إلى إشارة (SNR) أعلى وأوقات تكامل أطول. يسمح الكسب الناتج عن معالجة الارتباط لطرق RDM باكتشاف وتحديد الإشارات ذات نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) المنخفضة (وحتى السلبية). بالإضافة إلى ذلك، فهو يسمح لك باستخدام أجهزة استقبال RDM إضافية عند تحديد الموقع الجغرافي. يمكن معالجة إشارات SNR المنخفضة باستخدام تقنيات PA المتقدمة، مثل تقنيات الارتباط PA ذات الدقة المتزايدة أو باستخدام البيانات المساعدة (العثور على الاتجاه المرجعي). يتطلب تحديد الموقع الجغرافي لمصادر الإشارات قصيرة المدة التشغيل المنسق لأجهزة الاستقبال المتزامنة زمنياً لجزء من القيمة يتناسب عكسياً مع عرض نطاق الإشارة. يعد توفير مثل هذا الاحتمال شرطًا لا غنى عنه لتشغيل أنظمة RDM. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لـ RDM تحديد الموقع الجغرافي بناءً على قياسات قصيرة جدًا يتم إجراؤها على إشارات ذات مدة أطول. إذا تم تبديل عناصر هوائي PA، فسيكون وقت التكامل المطلوب أقل.
تعقيد النظام	يعد جهاز الاستقبال والهوائي لنظام RDM أبسط من صفيف الهوائي النموذجي وجهاز الاستقبال ثنائي أو متعدد القنوات لنظام PA. يتطلب مستقبل نظام RDM قناة RF واحدة على الأقل في الوقت الفعلي للمعالجة دون تأخير وبأقصى احتمال لاعتراض الإشارة (1) .
قمع الضوضاء والتداخل غير المرتبط	ومن خلال معالجة الارتباط المستخدمة في RDM، من الممكن كبت إشارات التردد المشترك والضوضاء في الوقت نفسه وإشارات التداخل غير المرتبطة بين مواقع القياس. تسمح هذه الخاصية للنظام بتحديد الموقع الجغرافي لمصادر الإشارة ذات نسب إشارة إلى تداخل إلى ضوضاء منخفضة (SINR منخفض). يمكن لأنظمة PA المتقدمة أن تخفف من آثار تداخل التردد المشترك غير المرتبط والمتزامن باستخدام الارتباط مع الإشارات المرجعية. يمكن أن تكون طرق المعالجة المتقدمة الأخرى، مثل MUSIC، قوية في التعامل مع الضوضاء والتداخلات غير المرتبطة. ومع ذلك، تتطلب هذه الأساليب حسابات باهظة الثمن ولا تستخدم على نطاق واسع في مراقبة الطيف.
التخفيف من تداخل التردد المشترك المتماسك (المسارات المتعددة) في ظل ظروف معينة	تنخفض درجة فعالية PA وRDM في ظروف التداخل المتماسك متعدد المسارات على نفس التردد. ويختلف تأثير كل طريقة حسب موضع المستشعر بالنسبة للانعكاسات متعددة المسارات. مع عرض نطاق إشارة كافٍ، تكون طريقة RDM أقل حساسية لتشوه مقدمة الموجة بسبب العوائق المحلية (المسارات المتعددة المحلية). قد تكون هناك حاجة إلى معالجة متقدمة للإشارات للتخلص من عدم اليقين في الموقع الناجم عن العوائق البعيدة (المسارات المتعددة عن بعد). يمكن للمعالجة المتقدمة أن تقوم بتصفية أزواج الارتباط المستخدمة في تحديد موضع RDM وتحسين النتائج في بيئات متعددة المسارات عالية. يمكن أن تؤدي معالجة RDM المتقدمة إلى القضاء على التأخير الزمني متعدد المسارات بين مواقع القياس، مما يوفر أداءً عاليًا في التضاريس الصعبة.
اعتبارات التكوين	يوفر RDM وUM أكبر قدر من الدقة عندما يقع IRI في وسط المحيط الذي تشكله مواقع القياس. يتم تحديد دقة تحديد الموقع الجغرافي بطريقة RDM من خلال المؤشر الهندسي لتقليل الدقة وجودة تزامن الوقت وجودة تقييم RDM. تعتمد دقة طرق PA بشكل مباشر على المسافة بين المصدر وكل مستقبل PA. إن عدم اليقين في الموقع هو دالة على عدم اليقين في زاوية الحمل والمسافة من جهاز الاستقبال إلى الموضع المقدر. يزداد عدم اليقين في الموضع والمحمل مع المسافة بالتساوي في كلا الطريقتين.
مناسبة للغاية للاستخدام في شبكات الاستشعار RF	في كلتا الطريقتين، RDM وUM، تؤدي زيادة عدد المستقبلات إلى تحسين النتائج. تعتبر طريقة RDM مناسبة تمامًا لنشر العديد من أجهزة الاستقبال.
إمكانية التحليل في وضع غير متصل بالشبكة تمامًا على خادم مركزي	يمكن لأنظمة RDM تخزين وتسجيل قياسات الإشارة المنسقة زمنيًا من جميع أجهزة الاستقبال، بحيث يمكن إجراء التحليل دون اتصال بالإنترنت تمامًا على خادم مركزي. يتضمن ذلك التحليل الطيفي لإشارة كل جهاز استقبال، وقياسات الارتباط المتبادل، وتحديد الموقع الجغرافي. في أنظمة PA، يمكن أيضًا تخزين وتسجيل بعض قياسات الإشارة (على سبيل المثال، نتائج تحديد الاتجاه ودقة تحديد الاتجاه) على خادم مركزي. يتم تنسيق هذه القياسات في الوقت المناسب لدرجة تزامن الوقت التي يمكن تحقيقها في نظام PA. القياسات مثل التحليل الطيفي والارتباط المتبادل ليست نموذجية لأنها تتطلب نفس معدلات بيانات الجذع مثل RDM.

(1) تستخدم أنظمة قياس تداخل الارتباط النموذجية التقسيم الزمني لتقليل عدد أجهزة الاستقبال المطلوبة. تتطلب هذه الأنظمة جهازين إلى ثلاثة أجهزة استقبال متصلة بخمسة أو سبعة هوائيات أو أكثر. هذه الأنظمة أقل تعقيدًا من أنظمة تحديد الاتجاه المتوازية تمامًا، ولكنها تتطلب مدة إشارة دنيا أطول لتحديد الموقع.

يشير التحليل النوعي لمزايا وعيوب UM وRDM الموضح في الجدول للوهلة الأولى إلى تفضيل استخدام RDM لتنفيذ إجراء المراقبة الراديوية. ومع ذلك، لا يمكن القول على وجه اليقين أن هذه الطريقة ستكون مفضلة في جميع الحالات. ولذلك، فإننا سوف نجري كذلك مقارنة أكثر تفصيلا لهذه الأساليب على أساس كمي. للقيام بذلك، سنستخدم مؤشرًا على شكل قطع ناقص لتشتت الأخطاء، والذي يميز انتشار أخطاء الموقع بمؤشرات رقمية محددة - أحجام أنصاف المحاور الصغيرة والكبيرة، بالإضافة إلى ميلها.

لإنشاء قطع ناقص متمركز عند نقطة ما، يتم أولاً حساب عناصر مصفوفة دقة الموقع . معكوس مصفوفة الدقة هو مصفوفة الارتباط لأخطاء حساب الإحداثيات المقابلة لحدود راو كرامر ، حيث التشتت على طول المحور، هو لحظة الارتباط، وهو التشتت على طول المحور.

يتم حساب عناصر مصفوفة الدقة للعقل باستخدام الصيغ:

(1)

أين - إحداثيات محددات الاتجاه - العدد الإجمالي لمواقع محددات الاتجاه - المسافة الإقليدية بين النقاط و على المستوى، هو جذر متوسط مربع الخطأ (RMS) لتقدير المحامل، بالراديان.

بالنسبة لتحديد موضع RDM، يتم حساب عناصر مصفوفة الدقة من خلال منتج المصفوفة.

قد يكون من المفيد أن تقرأ: