ОПТИМИЗАЦИЯ МУЛЬТИЛАТЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ ВТОРИЧНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ

Аннотация

В.Ф. Тележкин, Р.Б. Рюмин - ОПТИМИЗАЦИЯ МУЛЬТИЛАТЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ ВТОРИЧНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ. Рассматривается проблема оптимизации для мультилатерационных систем вторичной радиолокации, определяются и анализируются основные оптимизируемые параметры. Приводятся результаты анализа алгоритмов мультилатерационной обработки, формулируются задачи дальнейшей работы.

Введение

В последние годы стремительно растет интенсивность грузовых и пассажирских авиаперевозок, возрастает загруженность авиатрасс, плотность воздушного движения. В связи с этим традиционные средства вторичной радиолокации, такие как моноимпульсный вторичный радиолокатор (МВРЛ), все менее соответствуют современным требованиям по точности и быстроте определения местоположения летательного аппарата (ЛА) для более эффективного эшелонирования.

Кроме того, затраты на обслуживание МВРЛ очень высоки, не говоря уже о высокой цене самого вторичного радиолокатора.

В этих условиях стремительно развиваются системы вторичной радиолокации нового поколения, в том числе многопозиционные. К этому классу систем относится мультилатерационная система (MLAT).

ОПТИМИЗАЦИЯ МУЛЬТИЛАТЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ ВТОРИЧНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ

Система MLAT представляет собой многопозиционную разностно-дальномерную РЛС. В состав системы входит ряд приемных станций, распределенных в обслуживаемой зоне обзора: любой сигнал, передаваемый бортовым ответчиком, принимается четырьмя или более станциями. Станции оборудованы логикой обнаружения прибытия сигнала и встроенным синхронизатором, к которому привязано время обнаружения. Измеренное время прибытия сигнала посылается на центральный блок обработки наряду с другими данными, характеризующими сигнал. Оценка координат ответчика по четырем измерениям, позволяющим получить три измерения разности времени прибытия (TDOA), позволяет локализовать ответчик, даже если время излучения сигнала ответчиком неизвестно. Погрешность расположения ответчика определяется погрешностью определения TDOA и геометрическим фактором снижения точности (GDOP), обусловленным относительной позицией ответчика и приемных станций.

Также в состав системы входит контрольный ответчик, являющийся важным элементом системы синхронизации времени.

Таким образом, основными вопросами, стоящими перед разработчиками системы MLAT, являются: – выбор конфигурации системы (расположение приемных станций и их количество), обеспечивающей приемлемую величину GDOP в заданной зоне действия системы; – выбор технических средств, обеспечивающих требуемую точность измерения TDOA; – выбор алгоритма вычисления местоположения.

Постановка задачи

Система MLAT имеет ряд важных преимуществ по сравнению с МВРЛ: более высокая точность позиционирования, низкая стоимость изделия, низкая стоимость обслуживания, а самое главное – возможность адаптации системы к любым местностям, в частности, где невозможно или затруднено использование МВРЛ.

В ходе работы с использованием программного пакета MATLAB была создана математическая модель системы мультилатерации, с помощью которой можно исследовать различные алгоритмы позиционирования, в частности, приведенные в работах [1–6], а также всевозможные конфигурации системы.

Моделирование показало, что не существует алгоритма, который был бы лучше всех остальных на любых дальностях и высотах. Каждый алгоритм имеет сложную функцию зависимости точности от дальности и высоты, поэтому выбор алгоритма является одним из основополагающих вопросов при проектировании и оптимизации системы.

Число станций варьируется от 4 до 20 в зависимости от дальности, требуемой точности, чувствительности приемников.

Расположение станций зависит от рельефа местности, ориентации системы относительно воздушных трасс, а также от функций системы (обзор трассовой зоны, зоны подлета, зоны захода на посадку, обзор ВПП).

Особое значение имеет центральная станция, на которой происходит обработка радиолокационной информации (РЛИ). Необходимо оптимизировать расстояния между центральной станцией и остальными с целью минимизации затрат на аппаратуру передачи данных (АПД).

Большое влияние на точность позиционирования оказывает точность привязки времени системы к шкале времени UTC. Данная точность обеспечивается системой синхронизации времени, в состав которой входят ГЛОНАСС-приемники на каждой станции, а также контрольный ответчик. Моделирование показало, что координаты контрольного ответчика существенно влияют на погрешность синхронизации.

Список использованной литературы

1. Li Wan Chun. A robust TDOA-based location method and its performance analysis / Li Wan Chun, Wei Ping, Xiao Xianci // Science in China Press. – 2009.
2. So, Hing Cheung. Constrained Location Algo- rithm Using TDOA Measurements / Hing Cheung So, Shun Ping Hui // IEICE Trans. Fundamentals. – 2003. – Vol. E86-A, No.12. – December.
3. Real-Time Passive Source Localization: A Practical Linear-Correction Least-Squares Approach / Y. Huang, J. Benesty, G. Elko, R. Mersereau // IEEE Transactions on Speech and Audio Processing. – 2001. – Vol. 9, No 8. – November.
4. Torrieri, Don J. Statistical Theory of Passive Location Systems / Don J. Torrieri // IEEE Transac- tions on Aerospace and Electronic Systems. – 1984. – Vol. AES-20, No 2. – March.
5. Bucher, R. A Synthesizable VHDL Model of the Exact Solution for Three-dimensional Hyperbolic Po- sitioning System / R. Bucher, D. Misra. – VLSI De- sign. – 2002. – Vol. 15 (2).
6. Chan, Y.T. A simple and efficient estimator for hyperbolic location / Y.T. Chan, K.C. Ho // IEEE Trans. Signal Process. – 1994. – Vol. 42, № 8.