Разностно-дальномерный метод определения местоположения земных станций спутниковых систем связи с применением ретранслятора на беспилотном летательном аппарате
Ключевые слова:
определение местоположения, спутниковые системы связи, земная станция, беспилотный летательный аппарат, космический аппарат-ретранслятор, разностно-дальномерныйметод, методмасимальногоправдоподобияАннотация
Представлен разностно-дальномерный метод определения местоположения современных земных станций с узкими диаграммами направленности. Координаты земной станции предложено вычислять с применением метода максимального правдоподобия путем решения системы из трех дифференциальных уравнений одним из численных методов. При этом дополнительные оценки параметра положения, получаемые результате измерения взаимной задержки сигналов земной станции, ретранслированных через космический аппарат на геостационарной орбите и подвижный ретранслятор на беспилотном летательном аппарате, позволяют повысить точность оценивания координат земной станции.
Для разработанного метода получены аналитические выражения потенциальной точности вычисления координат земной станции на основе нижней границы Рао-Крамера. Получены аналитические выражения для элементов матрицы Фишера.
Чтобы оценить точность определения местоположения земных станций предложено использовать эллипсоид ошибок, соответствующий положению источника радиоизлучения в пространстве с заданной вероятностью.
Проведен анализ типовых маршрутов движения ретранслятора на беспилотном летательном аппарате и сделан вывод о том, что наилучшая точность при наименьшей протяженности маршрута достигается при движении беспилотного летательного аппарата по окружности, описывающей район контроля.
Выполнен расчет потенциальной точности определения местоположения земной станции для района размером 50 на 50 км. Показано, что погрешность оценок, полученных в результате статистических испытаний, с заданной вероятностью не превосходит размера большой полуоси эллипсоида ошибок, найденного с применением аналитических выражений.
Применение разработанного метода возможно при реализации программной части комплексов радиоэлектронного контроля для противодействия нелегитимному использованию частотного ресурса космических аппаратов-ретрансляторов спутниковых систем связи.
Литература
2. Chan M.H. Application of a dual satellite geolocation system on locating sweeping interference // World Academy of Science, Engineering and Technology. 2012. vol. 6. pp. 939–944.
3. Haworth D.P., Smith N.G., Bardelli R., Clement T. Interference localization for Eutelsat satellies – the first European transmitter location system // International Journal of satellite communications. 1997. vol. 15. no. 4. pp. 155–183.
4. Passion T., Chou S.I. Sensitivity analysis of dual-satellite geolocation // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2000. vol. 36. no. 1. pp. 56–71.
5. Hima S.K., Murali P.P. Geolocation using TDOA and FDOA Measurements in sensor networks Using Non-Linear Elements // International Journal of Engineering Trends and Technology. 2014. vol. 14. no. 1. pp. 35–39.
6. Cao Y., Li P., Yang L., Guo F. A new iterative algorithm for geolocating a known altitude target using TDOA and FDOA measurements in the presence of satellite location uncertainty // Chinese Journal of Aeronautics. 2015. vol. 28. no. 5. pp. 1510–1518.
7. Волков Р.В., Севидов В.В., Богдановский С.В., Теслевич С.Ф. Модель поверхности Земли при определении местоположения земной станции по сигналам спутниковретрансляторов // Наукоемкие технологии. 2016. Т. 17. № 12. С. 44–50.
8. Northern Sky Research’s Broadband Satellite Markets Report. URL: http://www.nsr.com/research-reports/satellite-communications-1/ (дата обращения: 19.04.2018).
9. Maral G. VSAT Networks, Second Edition // John Wiley & Sons. 2004. 294 p.
10. Маренков И.А., Бережных Д.Л., Голиков И.Ю., Печурин В.В. Способ определения местоположения наземного источника радиоизлучения системы спутниковой связи. Патент № 2583450. 2016. 7 с.
11. Engebråten A.E. RF Emitter geolocation using PDOA algorithms and UAVs // Norwegian University of Science and Technology Department of Computer and Information Science. 2015. 138 p.
12. Robert J.B., Jay G.M., Ravi P.G., David H.S. Autonomous Geolocation of RF Emitters Using Small, Unmanned Platforms // Johns Hopkins Apl Technical Digest. 2013. vol. 32. no. 3. pp. 636–646.
13. Богдановский С.В., Овчаренко К.Л., Симонов А.Н. Метод определения координат источников радиоизлучения на основе поляризационных измерений // Труды ВКА имени А.Ф. Можайского. 2017. № 657. С. 38–43.
14. Richard G.P. Electronic Warfare Target Location Methods, Second Edition // Artech House. 2012. 442 p.
15. Богдановский С.В., Симонов А.Н., Теслевич С.Ф. Поляризационный метод пеленгования источников радиоизлучения в пространстве // Наукоемкие технологии. 2016. Т. 17. № 12. С. 40–43.
16. Овчаренко К.Л. Определение координат источников радиоизлучения дальномерным методом на базе однопозиционного подвижного измерителя // Телекоммуникации. 2013. № 10. С. 27–34.
17. Богдановский С.В., Симонов А.Н., Севидов В.В. Поляризационный способ определения ориентации БЛА // Успехи современной радиоэлектроники. 2017. № 10. С. 15–19.
18. Sarkar S., Bose A. Contribution of GLONASS in Multi-GNSS Solution Accuracy // Coordinates. 2015. vol. 11. pp. 13–16.
19. Юсупов Р.М. и др. Статистические методы обработки результатов измерений // Министерство обороны СССР. 1984. 563 с.
20. Замарин А.И., Еремеев И.Ю., Овчаренко К.Л. Сравнительный анализ подходов к оцениванию задержки сигналов в условиях априорной неопределенности взаимного частотного сдвига // Естественные и технические науки. 2017. № 2. С. 126–130.
21. Еремеев И.Ю., Овчаренко К.Л. Метод вычислительно-эффективного оценивания взаимных временных задержек в условиях априорной неопределенности частотных сдвигов сигналов спутниковых терминалов // Труды ВКА имени А.Ф. Можайского. 2016. № 651. С. 98–105.
22. Овчаренко К.Л. Потенциальная точность оценивания задержки сигналов при наличии частотного рассогласования на основе вычисления взаимной корреляционной функции модифицированных комплексных огибающих // Успехи современной радиоэлектроники. 2017. № 7. С. 39–44.
23. Ma L., Xu X., Pang F. Accuracy Assessment of Geostationary-Earth-Orbit with Simplified Perturbations Models // Artificial Satellites. 2016. vol. 51. no. 2. pp. 55–59.
24. San-Juan J.F., Perez I., San-Martin M., Vergara E.P. Hybrid SGP4 orbit propagator // Acta Astronautica. 2017. vol. 137. pp. 254–260.
25. Aldrich J. RA Fisher and the Making of Maximum Likelihood 1912-1922 // Statistical Science. 1997. vol. 12. no. 3. pp. 162–176.
26. Kay S.M. Fundamentals of Statistical Signal Processing: Estimation Theory // Prentice Hall. 1993. 595 p.
27. Lehmann E.L., Casella G. Theory of Point Estimation, Second Edition // Springer. 1998. 590 p.
28. Steven M.K., Casella G. Fundamentals of Statistical Signal Processing: Estimation Theory // Prentice Hall PTR. 1993. 608 p.
29. Сайбель А.Г. Основы теории точности радиотехнических методов местоопределения // М.: Оборонгиз. 1958. 56 с.
30. Овчаренко К.Л., Еремеев И.Ю., Гайчук Ю.Н., Петухов П.Е. Методика построения эллипсоида ошибок для оценивания точности определения местоположения земных станций систем спутниковой связи с применением беспилотного летательного аппарата // Наукоемкие технологии. 2017. Т. 18. № 11. С. 22–26.
31. Lagarias J.C., Reeds J.A., Wright M.H., Wright P.E. Convergence Properties of the Nelder-Mead Simplex Method in Low Dimensions // SIAM Journal of Optimization. 1998. vol. 9. no. 1. pp. 112–147.
