Способ адаптивного сопровождения целей с формированием строба в связанной с целью системе координат - RU2707581C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к вторичной обработке радиолокационной информации, и предназначено для использования в системах сопровождения подвижных целей.

Известен способ (А. Фарина, Ф. Студер. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей. «Радио и связь», Москва, 1993, стр. 182.), который обеспечивает сопровождение целей с заданными характеристиками. В известном способе границы строба сопровождения устанавливаются такими, чтобы при максимальном маневре цели строб накрывал цель. Однако при таком способе строб сопровождения часто оказывается чрезвычайно большим и кроме сопровождаемой цели накрывает и другие цели, случайно оказавшиеся в этот момент в этой области пространства. По таким случайным целям также формируются траектории. Происходит «размножение» траекторий, что ухудшает достоверность выдаваемой радиолокационной информации (РЛИ) и приводит к перегрузке системы обработки РЛИ.

Известен способ сопровождения траекторий радиолокационных целей и устройство для его осуществления (патент РФ №2630252), который включает обращение к цели в стробе сопровождения, оценку координат цели, вычисление экстраполированных значений координат цели, вычисление в процессе фильтрации отклонений оценок координат цели от их экстраполированных значений. Указанные отклонения сравнивают с заданной пороговой величиной и затем используют для уточнения размеров и координат центра строба на следующее обращение к цели. Размеры строба также определяются заданным коэффициентом, который определяется максимально возможным для цели маневром. Необходимость задания и корректировки коэффициентов, привязанных к типу цели, существенно усложняют реализацию известного способа и приводят к завышению размеров строба для обеспечения накрытия стробом цели, что ведет к снижению достоверности РЛИ.

Наиболее близким к заявляемому является способ стробирования и селекции отметок (Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации, М.: «Советское радио», 1974, стр. 236-241), заключающийся в формировании строба в сферической системе координат, при этом форма строба выбирается простейшей, для задания в той системе координат, в которой осуществляется обработка информации. Для случая обработки в сферической системе координат простейший строб задается линейным размером по дальности и двумя угловыми размерами: по азимуту и по углу места. Эти размеры могут быть установлены заранее, исходя из учета максимальных значений случайных и динамических ошибок по всем подлежащим обработке траекториям.

Техническая проблема наиболее близкого аналога заключается в том, что при интенсивном маневрировании сопровождаемой цели ошибки экстраполяции координат цели оказываются столь значительными, что размеры стробов сопровождения становятся неприемлемо большими. Устанавливать размеры стробов сопровождения исходя из максимального непредвиденного маневра цели на каждом периоде сопровождения нецелесообразно, поскольку завышение размеров стробов сопровождения приводит при очередных наблюдениях от РЛС к увеличению вероятности попадания в строб ложных отметок или отметок, принадлежащих другим траекториям, и, следовательно, к ухудшению селектирующей и разрешающей способности операции стробирования, то есть к снижению достоверности РЛИ.

Целью изобретения является снижение вероятности пропуска радиолокационных отметок от сопровождаемой цели за счет построения строба по форме и размерам соответствующего области наиболее вероятного местоположения цели в следующий момент времени наблюдения.

Технический результат заключается в повышении достоверности радиолокационной информации.

Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в способе адаптивного сопровождения целей с формированием строба в связанной с целью системе координат, включающем обращение к цели в стробе сопровождения, оценку координат цели

, где i - номер обращения к цели, вычисление отклонений оценок координат цели от их экстраполированных на i-e обращение значений, с центром очередного строба сопровождения в экстраполированной точке оцениваемой траектории , строб формируют в связанной с целью системе координат в форме усеченного эллиптического шарового сектора, ограниченного по курсу, углу наклона траектории и дальности значениями K_min, K_max φ_min, φ_max и D_min, D_max соответственно, при этом значения K_min, K_max рассчитывают исходя из оценок курса и СКО курса с учетом рассчитанной скорости изменения курса, значения φ_min, φ_max рассчитывают исходя из оценок угла наклона траектории и СКО угла наклона траектории с учетом рассчитанной скорости изменения угла наклона траектории, a D_min, D_max - исходя из оценок скорости и СКО скорости с учетом рассчитанного линейного ускорения, а отклонения , вычисляемые при текущем i-м обращении к цели, используют для адаптации формы и размеров строба сопровождения к интенсивности маневрирования сопровождаемой цели на каждом этапе сопровождения.

Изобретение поясняется фигурами:

фиг. 1 - вид строба в форме усеченного эллиптического шарового сектора в связанной с целью системе координат в пространстве,

где:

- вектор оцененных параметров траектории цели на предыдущем этапе сопровождения;

- вектор экстраполированных параметров траектории на очередном этапе сопровождения;

фиг. 2 - вид строба в форме усеченного сектора в связанной с целью системе координат на плоскости,

где:

- вектор оцененных параметров траектории цели на предыдущем этапе сопровождения;

- вектор экстраполированных параметров траектории на очередном этапе сопровождения;

- экстраполированное значение курса цели на очередном этапе сопровождения;

- вектор координат цели, полученных от РЛС на очередном этапе сопровождения - отметка от цели;

δK_i - линейный размер строба по курсу;

δD_i - линейный размер строба по дальности;

фиг. 3 - рассчитанные значения средней продолжительности сопровождения цели для прототипа и предложенного способов,

где Э - среднее время сопровождения для эллиптического строба;

С - среднее время сопровождения для строба в форме усеченного эллиптического шарового сектора.

В предложенном способе адаптивного сопровождения целей формирование стробов на этапе завязывания траектории для обнаруженной цели выполняется также, как и в прототипе. Как только выполняется установленный критерий ее обнаружения, начинается этап сопровождения траектории, во время которого отбор новых отметок от цели предлагается выполнять с формированием строба в связанной с целью системе координат.

Практика показывает, что на начальных этапах при больших дальностях до цели для обеспечения построения стробов относительно небольшого размера необходимо учитывать корреляцию наблюдаемых РЛС значений координат.

Ковариационная матрица ошибок фильтрации для первой оценки параметров траектории рассчитывается в декартовых координатах согласно формуле (Васильев К.К., Лучков Н.В. Траекторная обработка на основе нелинейной фильтрации // Автоматизация процессов управления. - 2017. - №1 (47). - С. 4-9):

где

- вектор оцененных параметров цели;

- вектор состояния;

n_xi, n_yi, n_zi - аддитивный шум соответствующих координат;

и имеет вид:

где

- дисперсии ошибки измерения соответствующих координат;

r_xyi, r_yzi, r_xzi - ковариации ошибки измерения соответствующих координат;

T₁ - время между формированием отметок от цели.

Для формирования строба в связанной с целью системе координат, имеющего форму, соответствующую наиболее вероятной области нахождения цели в пространстве, необходимо пересчитать ковариационную матрицу отклонений Р₁ в связанные координаты:

Вектор состояния в связанных координатах имеет вид:

где V_i - скорость цели на очередном этапе сопровождения;

K_i - курс цели на очередном этапе сопровождения;

φ_i - угол наклона траектории цели на очередном этапе сопровождения;

Таким образом,

где

Ковариационные матрицы ошибок экстраполяции и фильтрации последующих оценок параметров траектории (i=2, 3…, k) определяются по обычным формулам расширенного фильтра Калмана (Сейдж Э.П., Мелс Дж. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении / пер. с англ.; под ред. Б.Р. Левина. - М.: Связь, 1976. - 495 с.; патент РФ №2679598). Ковариационная матрица отклонений отметок от экстраполированных координат цели в связанной системе определяется исходя из оценок скорости, курса, угла наклона траектории и соответствующих СКО с учетом рассчитанных значений линейного ускорения, скорости изменения курса и скорости изменения угла наклона траектории следующим образом:

где

- матрица поворота координат,

и - экстраполированные значения курса и угла наклона траектории цели на очередном этапе сопровождения соответственно;

- вектор координат цели, полученных от РЛС на очередном этапе сопровождения - отметка от цели;

С - матрица наблюдения;

- вектор экстраполированных параметров траектории на очередном этапе сопровождения;

- часть ковариационной матрицы ошибок экстраполяции P_Эi;

- ковариационная матрица ошибок наблюдения координат цели.

Используя полученные отклонения на связанных осях, определяются линейные размеры строба:

где δD_i - линейный размер строба по дальности;

δK_i - линейный размер строба по курсу;

δφ_i - линейный размер строба по углу наклона траектории;

σ_свхi, σ_свyi, σ_cвzi - отклонения отметок от экстраполированных значений в связанной системе координат.

Коэффициент при σ_свхi, σ_свyi, σ_cвzi определяется экспериментально согласно известному «правилу трех сигма» (Е.С. Вентцель, Теория вероятностей. - М.: «Наука», 1969, - 576 с.).

Возможные отклонения цели от экстраполированного положения, таким образом, определяются интенсивностью маневрирования сопровождаемой цели и связаны с линейными размерами строба следующими соотношениями:

где ΔD_i - отклонение по дальности на очередном этапе сопровождения;

ΔK_i - отклонение по курсу на очередном этапе сопровождения;

Δφ_i - отклонение по углу наклона траектории на очередном этапе сопровождения;

- вектор оцененных параметров цели.

Используя полученные отклонения, определяются пространственные ограничения по курсу K_min, K_max, углу наклона траектории φ_min, φ_max и дальности D_min, D_max для формирования строба в связанной с целью системе координат в форме усеченного эллиптического шарового сектора. Указанные ограничения рассчитываются следующим образом:

где

- экстраполированное значение дальности цели на очередном этапе сопровождения.

Центр строба, как и в прототипе, задается в экстраполированной точке оцениваемой траектории

фиг. 1. При построении координатные оси 0XY поворачиваются на угол фиг. 2. Центр вращения строба расположен в точке, координаты которой определяются вектором оцененных параметров цели на предыдущем шаге сопровождения .

При этом попадание обнаруженной отметки в строб при очередном сканировании пространства фиксируется, если выполняются все три неравенства:

Полученные форма и размеры строба позволяют избежать излишнего увеличения строба, за счет чего снижается количество ложных отметок внутри него, то есть обеспечивается повышение достоверности выдаваемой потребителю РЛИ. Таким образом, в заявляемом способе достигается заявляемый технический результат.

Достижение заявленных цели и технического результата изобретения подтверждается и результатами математического моделирования фиг. 3, где представлены значения времени первой потери цели, усредненные для 400 экспериментов. При моделировании двух способов сопровождения: прототип и предложенный способ, задавался идентичный размер стробов, который определяется согласно (2) величиной коэффициента при σ_cbi (ось абсцисс). Движение цели имитировалось с начальной скоростью 900 м/с, ускорением 1 м/с² и маневрированием по курсу со скоростью 1 град/с. Установлено, что при равных размерах стробов значение средней продолжительности сопровождения выше для строба в форме усеченного эллиптического шарового сектора С, чем для эллиптического строба прототипа Э, что свидетельствует о снижении вероятности пропуска радиолокационных отметок от сопровождаемой цели, а, следовательно, о повышении достоверности выдаваемой потребителю РЛИ.

Реферат

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к вторичной обработке радиолокационной информации, и предназначено для использования в системах сопровождения подвижных целей. Технический результат - повышение достоверности радиолокационной информации достигается за счет того, что строб формируют в связанной с целью системе координат в форме усеченного эллиптического шарового сектора, ограниченного по курсу, углу наклона траектории и дальности значениями K, K, φ, φи D, Dсоответственно, значения K, Kрассчитывают исходя из оценок курса и среднеквадратичного отклонения (СКО) курса с учетом рассчитанной скорости изменения курса, значения φ, φрассчитывают исходя из оценок угла наклона траектории и СКО угла наклона траектории с учетом рассчитанной скорости изменения угла наклона траектории, a D, D- исходя из оценок скорости и СКО скорости с учетом рассчитанного линейного ускорения, а отклонения, вычисляемые при текущем i-м обращении к цели, используют для адаптации формы и размеров строба сопровождения к интенсивности маневрирования сопровождаемой цели на каждом этапе сопровождения. 3 ил.

Формула