ся непрерывная физическая ориентация одного из феррозондов в плоскости "запад-восток", а азимут определяется углом поворота платформы, который, в свою очередь, определяется по сигналам акселерометров. Это практически исключает влияние погрешностей феррозондов на результат измерения.
Отсутствие процедуры начальной азимутальной ориентации позволяет сократить время измерения и исключить погрешность, связанную с неточностью определения начального значения азимута. Кроме того, так как азимут рассчитывается в
каждой точке траектории независимо от предыдущего измерения, отсутствует "накапливаемая" погрешность, например, погрешность дрейфа гироскопа в гироинклинометре.
ЛИТЕРАТУРА
1. Магнитометрический инклинометр МИНК42-100/50 // Научно-технический вестник "Каротажник". — Тверь: АИС, 2003. — Вып. 107. — С. 148—151.
2. Гироскопический инклинометр ИГН 73-100/80 // Научно-технический вестник "Каротажник". — Тверь: АИС, 2003. — Вып. 107. — С. 142— 147.
3. Фрейман Э. В., Кривошеев С. В., Лосев В. В. Особенности построения алгоритмов ориентации гироскопи-
ческих инклинометров на базе одноосного гиростабилизатора // Ги-роскопия и навигация. — 2001. — № 1. — С. 36—46.
4. Пат. 2250371 РФ МПК7 Е 21 В 47/02. Инклинометр / В. Я. Хар-баш, А. А. Гуськов, В. Ф. Макаров и др. // Бюл. — 2005. — № 11. — 8 с.
5. Пат. 2250993 РФ МПК7 Е 21 В 47/22. Способ определения азимута и зенитного угла скважины / В. Я. Хар-баш, А. А. Гуськов, В. Ф. Макаров и др. // Бюл. — 2005. — № 12. — 11 с.
Андрей Александрович Гуськов — канд. техн. наук, доцент кафедры "Авиационные приборы и устройства" Арзамасского политехнического института (филиала НГТУ).
® (83147) 4-40-52
E-mail: guskov@apingtu. edu. ruD
УДК 681. 884
МОДИФИКАЦИЯ КОРРЕЛЯЦИОННОГО МЕТОДА ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ СИГНАЛОВ С БОЛЬШОЙ БАЗОЙ СИСТЕМОЙ ПАССИВНЫХ ДАТЧИКОВ
В. А. Канаков, В. В. Горда
Рассмотрена модификация корреляционного метода для определения местоположения источников сигналов с большой базой системой пассивных датчиков. Предлагаемый алгоритм позволяет существенно улучшить такие характеристики систем позиционирования, использующих разностно-дальномерную схему определения координат, как разрешающая способность и достоверность результатов.
Ключевые слова: пассивный датчик, местоположение, корреляционный метод, база, источник.
При использовании разностно-дальномерной схемы [1] для дистанционного определения местоположения различных объектов разность А Гц = гг' — г,- (Г/ и г— расстояния от датчиков до излучающего объекта) определяется по разности времен А^- прихода возмущения от объекта до каждой из соответствующих контрольных точек: А Гц = А t^j • с, где с — скорость распространения возмущения в среде, причем, величина временной задержки Аt^j определяется по таймеру.
Предлагаемый способ определения величин временных задержек Аt^j основан на построении трехмерной корреляционной функции сигналов, зарегистрированных каждым из датчиков, что позволяет динамически отслеживать положение сразу большого числа объектов, излучающих в общем диапазоне частот. Такой способ может быть
применен в различных системах позиционирования, а также для измерения различных физических полей.
Рассмотрим систему датчиков 1—4, не лежащих в одной плоскости (рис. 1), и источника излучения Б. Нумерация осуществляется произвольным образом.
Рассмотрим случай одного точечного источника непрерывного широкополосного шумопо-добного сигнала. Сигналы, зарегистрированные датчиками в предположении изотропности и однородности среды, будут отличаться лишь временами задержек, обусловленными конечной скоростью распространения возмущения в среде до контрольных точек.
Рассмотрим далее функции взаимной корреляции (ФВК) сигналов, зарегистрированных датчиками. Из свойств ФВК следует, что ее макси-
мум будет иметь координату, соответствующую временной задержке между временами прихода сигнала в контрольные точки. Таким образом, построив три ФВК, можно определить соответствующие временные задержки и определить координаты излучателя. Необходимо также отметить высокую устойчивость корреляционного метода в случае сигналов с большой базой по отношению к шумам [2].
В случае распределенного источника или одновременного существования нескольких дискретных источников сигналов возникает проблема неоднозначности определения разностей времен прихода излучения от каждого из источников.
Пусть два источника излучают одновременно в общем диапазоне частот, и их излучения взаимно некоррелированны. Тогда вместо одного максимума в каждой из ФВК будут присутствовать два ярко выраженных пика. Соответственно, возникает потребность в классификации этих максимумов, т. е. в определении источника излучения, к которому относится конкретный пик ФВК, для однозначного определения местоположения данного источника.
Аналогичная ситуация возникает и в случае распределенного источника. Если область пространства, занимаемую таким источником, условно разделить на несколько частей, внутри каждой из которых излучение, исходящее из всех ее точек, можно считать практически одинаковым (набег фазы внутри области не существенен, степень корреляции излучения довольно высока), то каждой такой области можно поставить в соответствие некоторый точечный источник с усредненными параметрами (мощность, вид сигнала, фаза, частота и т. д.) генерируемого излучения. Данная задача полностью сводится к задаче об излучении нескольких дискретных источников.
Для решения указанной проблемы предлагается использовать трехмерный аналог ФВК:
Д?1, ?2, ?з) = I ВД^? - - ЭДС - *з)А,
—ТО
где Sj — сигнал, зарегистрированный г'-ым датчиком; ? — время.
Казалось бы, эта функция должна иметь ярко выраженные пики, координаты которых будут соответствовать соответствующим временным задержкам: А?^ = А ? [2; А?^ = А ^3; А^ = А ^4, где верхний индекс номерует источник излучения. Таким образом, удалось бы связать между собой три временные задержки, относящиеся к г-ому излучателю.
Однако при таком методе расчета возникают "ложные" максимумы, координаты которых являются комбинациями задержек от различных источников излучения. В связи с этим возникает вопрос о методе обработки трехмерной ФВК, который бы позволил выделить только те значения ФВК, координаты которых определяются временными задержками лишь от одного источника, и подавить "комбинационные" всплески.
Дальнейшее рассмотрение трехмерной ФВК показало, что с довольно большой вероятностью "истинные" максимумы корреляционной функции превосходят по амплитуде "комбинационные". Следовательно, в качестве метода решения данной проблемы можно ввести порог чувствительности системы [3], величина которого должна подбираться из априорной информации о рассматриваемом процессе или из статистических данных.
Кроме того, оказалось, что максимумы такой конструкции перестают иметь форму острого пика. Рассмотрим простейший пример: ¿1(?) = ¿(?);
ЗД = + ); ЗД = + ); ¿4(0 = + ), где ¿(?) — некоторый произвольный сигнал, а — времена задержек регистрации излучения данного источника г-ым датчиком относительно момента регистрации этого излучения первым датчиком. При этом функция Д?1, ?2, ?з) будет иметь один
.0
главный максимум в точке с координатами {?1 = ? х;
?2 = ; ?3 = }, который требуется определить, и множество побочных максимумов, соответствующих уравнениям следующих кривых:
{?1 = (- ) + ?2; ?з = }; {?1 = (- ) + ?з; ?2 = }; {?2 = (- ) + ?з; ?1 = },
непосредственно примыкающих к главному, что существенно ухудшает разрешающую способность.
В компьютерной модели в качестве сигнала с большой базой использовался гауссовский шум со стандартным отклонением, равным единице. Шум генерировался программным образом с помощью стандартного виртуального генератора.
Система позиционирования в виртуальном эксперименте представляла собой набор из четырех датчиков, пространственные координаты которых можно, также как и местоположение виртуального источника, задавать вручную. Программа создания показаний регистрирующих датчиков сдвигала сгенерированный сигнал источника на время, определяемое его распространением от источника до соответствующего датчика. К показаниям каждого датчика можно было добавлять аддитивный гауссовский шум, амплитуда которого задавалась пользователем.
Далее вычислялась трехмерная ФВК, которая обрабатывалась различными способами (осуществлялся поиск максимумов; исходя из количества запрограммированных источников излучения подбиралась величина порога, оставляющего лишь "истинные" максимумы). В программе была также предусмотрена возможность моделирования движущихся источников. Обработка таких результатов осуществлялась при помощи метода скользящего окна, что позволяло отслеживать динамику перемещения источников излучения. Все численные величины, используемые в модели, являются условными; это придает ей большую общность.
Задача наглядного представления результатов, несмотря на большую размерность ФВК (три аргумента и величина самой функции), была решена методом формирования сечений ФВК плоскос-
Рис. 3. Разрез ФВК плоскостью t-$ = const для двух точечных стационарных источников
Рис. 2. Разрез ФВК плоскостью 13 = const для одного точечного стационарного источника
Рис. 4. Результаты моделирования движущегося источника:
а — запрограммированная траектория, б — восстановленная траектория
тью. Плоскость сечения трехмерной функции корреляции соответствовала координате максимума ^ соответствующей одномерной ФВК, кроме того, результаты представлялись численно.
Сечения трехмерной ФВК для случая одного стационарного точечного источника и двух стационарных точечных источников, расположенных друг от друга на расстоянии 1,7 условных единиц приведены соответственно на рис. 2 и 3.
В качестве примера результатов моделирования можно привести также восстановление траектории движения одного точечного источника (рис. 4). Здесь {х, у, z} — декартовы координаты виртуального излучателя. Видно, что траектория движения источника излучения восстановилась довольно точно, что свидетельствует о работоспособности алгоритма по отслеживанию траекторий.
Предложенный ме
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.