Способ фильтрации параметров траектории объекта и устройство для его реализации

Заявляемые технические решения относятся к области радиолокации и могут быть использованы для фильтрации параметров траекторий радиолокационных объектов. Достигаемым техническим результатом (решаемой задачей) заявляемых изобретений является уменьшение ошибок фильтрации параметров траектории объекта при маневрах объекта с большими значениями ускорений. Технический результат достигается тем, что в способе фильтрации параметров траектории объекта, основанном на фильтрации методом «скользящего сглаживания», осуществляется анализ величины сигнала ошибки между текущим измеренным значением параметра и его экстраполированным значением, по результату которого принимается решение о величине сглаженного значения параметра. Кроме того, в каждом текущем измерении, начиная с третьего, при определении экстраполированного значения параметра учитывается динамика изменения коэффициентов сглаживания, полученных соответственно при текущем и двух предыдущих измерениях. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Заявляемые технические решения относятся к области радиолокации и могут быть использованы для фильтрации параметров траекторий радиолокационных объектов.

Под фильтрацией параметров траектории объекта (ТО) понимается процесс оценки текущих сглаженных значений координат сопровождаемого объекта (например, дальности, угла места, азимута; далее оценка текущего сглаженного значения координаты объекта обозначена ), полученных в результате обработки их последовательных измерений (n=1, 2, 3, …), изменяющихся во времени и искаженных помехами и ошибками измерений (Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. М.: Радио и связь, 1986, с.140, разд. 4.1; с.145, разд. 4.3).

Известны способ и устройство адаптивной фильтрации параметров траектории маневрирующего объекта на основе байесовского подхода (Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. М.: Радио и связь, 1986, с.179-181, пункты 1-10, рис.4.10). Способ заключается в том, что оценки текущих сглаженных значений параметров определяются путем взвешенного усреднения оценок, полученных в результате фильтрации координат при заданном ряде фиксированных значений возмущающего параметра (возмущающий параметр - это, например, ускорение по координате, вызванное маневром объекта). Каждую из оценок параметров при фиксированном значении возмущающего параметра получают с помощью рекуррентного линейного фильтра (фильтра Калмана) (Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. М.: Радио и связь, 1986, с.177). При этом на каждом шаге по выборке измерений вычисляют апостериорную плотность вероятности возмущающего параметра и используют эту плотность для получения взвешенных оценок.

Устройство, реализующее описанный способ адаптивной фильтрации, состоит из m+1 параллельно включенных фильтров Калмана, каждый из которых настроен на одно из возможных дискретных значений возмущающего параметра (Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. М.: Радио и связь, 1986, с.180-181, рис. 4.10). Результирующая оценка фильтруемых параметров получается как взвешенная сумма оценок на выходах этих фильтров.

Недостатками известных способа и устройства являются большой объем вычислений и сложность реализации, необходимость знания целого ряда априорной информации, например, дисперсий ошибок измерений (Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. М.: Радио и связь, 1986, с.179, п.4), которые в реальных условиях, в общем случае, неизвестны и значительно меняются в зависимости от условий работы РЛС, а также различаются для разных типов объектов (например, из-за различий в величине и характере флуктуации эффективной поверхности рассеяния (ЭПР)) и т.п. Параметры маневра и его предполагаемое статистическое описание (Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. М.: Радио и связь, 1986, с.176-177), используемые в известных способе и устройстве, определяются с достаточно большими погрешностями и, как правило, не совпадают с действительными. Таким образом, известные способ и устройство адаптивной фильтрации в реальных условиях будут работать со значительными ошибками (Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. М.: Радио и связь, 1986, с.182, рис.4.12, сплошные кривые).

Наиболее близкими к заявляемому способу и реализующему его устройству является способ и устройство фильтрации параметров траектории в соответствии с патентом РФ №2307376.

Наиболее близкий способ основан на фильтрации методом «скользящего сглаживания», включающий измерение текущего параметра ТО u_n, где n - номер измерения (n=1, 2, 3, …), определение скорости изменения текущего параметра ТО экстраполированного значения параметра ТО сигнала ошибки между текущим измеренным значением параметра ТО un и его экстраполированным значением коэффициентов сглаживания α_n и β_n и по полученным данным определение текущего сглаженного значения параметра ТО .

Наиболее близкое устройство (фиг.1) содержит четыре сумматора 1, 4, 7, 8, три умножителя 2, 3, 6, два запоминающих устройства (ЗУ) 5, 9 и блок определения коэффициентов сглаживания 10 (фиг.2), включающий вычислитель 11 и третье ЗУ 12, причем первый вход первого сумматора 1, соединенный с первым входом блока определения коэффициентов сглаживания 10, является первым входом устройства, второй вход блока определения коэффициентов сглаживания 10 является вторым входом устройства, второй инверсный вход первого сумматора 1 подключен к выходу третьего сумматора 7, а выход его соединен с первыми входами первого умножителя 2 и второго умножителя 3, а также с седьмым входом блока определения коэффициентов сглаживания 10, второй вход первого умножителя 2 соединен с первым выходом блока определения коэффициентов сглаживания 10, а выход его соединен со вторым входом четвертого сумматора 8, второй вход второго умножителя 3 соединен со вторым выходом блока определения коэффициентов сглаживания 10, а выход его соединен с первым входом второго сумматора 4, второй вход которого подключен к выходу первого ЗУ 5, третий вход второго сумматора 4 соединен с четвертым выходом блока определения коэффициентов сглаживания 10, а выход второго сумматора 4 является первым выходом устройства и подключен к шестому входу блока определения коэффициентов сглаживания 10 и ко входу первого ЗУ 5, выход которого соединен с пятым входом блока определения коэффициентов сглаживания 10 и с первым входом третьего умножителя 6, второй вход которого соединен с пятым выходом блока определения коэффициентов сглаживания 10, а выход соединен с первым входом третьего сумматора 7, второй вход которого подключен к выходу второго ЗУ 9, а выход является вторым выходом устройства и подключен к четвертому входу блока определения коэффициентов сглаживания 10 и к первому входу четвертого сумматора 8, третий вход которого соединен с третьим выходом блока определения коэффициентов сглаживания 10, а выход, соединенный с третьим входом блока определения коэффициентов сглаживания 10 и с входом второго ЗУ 9, является третьим выходом устройства, блок определения коэффициентов сглаживания 10 содержит вычислитель 11 и третье ЗУ 12, причем первый вход вычислителя 11, соединенный с первым входом третьего ЗУ 12, является первым входом блока, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, входы вычислителя 11 соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами третьего ЗУ 12, десятый, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый входы вычислителя 11 являются соответственно вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым и седьмым входами блока, первый выход вычислителя 11 соединен с третьим входом третьего ЗУ 12, второй, третий, четвертый, пятый выходы вычислителя 11 являются соответственно вторым, третьим, четвертым, пятым выходами блока, шестой выход вычислителя 11 соединен с четвертым входом третьего ЗУ 12, второй вход третьего ЗУ 12 подключен к десятому входу вычислителя 11, девятый выход третьего ЗУ 12 является первым выходом блока.

Наиболее близкое устройство работает следующим образом.

На первый вход устройства фильтрации подаются измеренные значения текущего параметра u_n, а на второй его вход - текущее время измерения t_n. В блоке определения коэффициентов сглаживания 10 определяются номер измерения n=1, 2, 3, … путем счета числа поступлений величин u_n, а также для измерений, начиная со второго (n=2, 3, 4, …), - текущий интервал времени между измерениями Т_n=t_n-t_n-1.

Первые два измерения являются подготовительными для формирования начальных значений: Кроме того, в ЗУ 12 блока определения коэффициентов сглаживания 10 для n=2 задаются начальные значения коэффициентов сглаживания α₀=1 и β₀=1.

Первое измеренное значение параметра ТО u₁, поступающее на первый вход устройства фильтрации параметров ТО, подается на первый вход блока определения коэффициентов сглаживания 10, где запоминается в ЗУ 12. При поступлении второго измерения параметра u₂ в вычислителе 11 блока определения коэффициентов сглаживания 10 определяется скорость изменения параметра , для чего используются хранящиеся в ЗУ 12 значение первого измерения u₁ и определенная в вычислителе 11 величина текущего интервала времени между измерениями T_n. Полученные величины являются начальными значениями для инициации процесса фильтрации и поступают с третьего и четвертого выходов блока определения коэффициентов сглаживания 10 соответственно на третий вход сумматора 8 и третий вход сумматора 4. Значение передается на третий выход устройства фильтрации, на первый выход устройства фильтрации передается значение скорости изменения параметра .

Начиная с третьего измерения, устройство фильтрации параметров ТО работает следующим образом. В вычислителе 11 начальные значения параметров обнуляются ( ), и во всех последующих измерениях, начиная с третьего, на третьи входы сумматоров 4 и 8 подаются нулевые значения. В сумматоре 7 определяется экстраполированное значение параметра путем суммирования предыдущего сглаженного значения параметра , поступающего с выхода ЗУ 9 на второй вход сумматора 7, и величины поступающей с выхода умножителя 6 на первый вход сумматора 7.

В сумматоре 1 определяется сигнал ошибки путем суммирования текущего измеренного значения параметра u_n, поступающего на первый вход сумматора 1 и экстраполированного значения параметра , поступающего с выхода сумматора 7 на инверсный второй вход сумматора 1.

В это же время в блоке определения коэффициентов сглаживания определяются коэффициенты сглаживания α_n+1 и β_n+1. Для этого на первый вход блока определения коэффициентов сглаживания 10 поступает текущее измеренное значение параметра u_n, на второй вход поступает текущее время измерения t_n, а на входы 3, 4, 5, 6, 7 подаются соответственно: с выхода сумматора 8 - текущее сглаженное значение параметра , с выхода сумматора 7 - экстраполированное значение параметра с выхода ЗУ 5 - предыдущее сглаженное значение скорости изменения параметра , с выхода сумматора 4 - текущее сглаженное значение скорости изменения параметра , с выхода сумматора 1 - сигнал ошибки Входы 1-7 блока определения коэффициентов сглаживания 10 являются одновременно входами 1, 10-15 вычислителя 11. В каждом измерении с выходов 1, 2, 4, 5, 6, 7 ЗУ 12 на входы 2, 3, 5, 6, 7, 8 вычислителя 11 соответственно подаются величины α_min>β_min> t_n-1; δu, α_max,

β_max. В соответствии с описанным выше способом в вычислителе 11 определяются:

- текущий интервал времени между измерениями T_n=t_n-t_n-1;

- абсолютная величина сигнала ошибки

- абсолютная величина отклонения текущего сглаженного значения параметра от экстраполированного значения параметра

- абсолютная величина отклонения текущего сглаженного значения скорости изменения параметра от предыдущего сглаженного значения скорости изменения параметра :

По полученным абсолютным отклонениям и константам, поступающим на вычислитель 11 с ЗУ 12, определяются коэффициенты сглаживания α_n+1 и β_n+1, которые передаются в ЗУ 12 для использования в следующем (n+1)-ом измерении. При этом с девятого и восьмого выходов ЗУ 12 для использования в фильтрации текущего n-го измерения снимаются ранее запомненные значения коэффициентов сглаживания α_n и β_n соответственно. Величина коэффициента сглаживания α_n с первого выхода блока определения коэффициентов сглаживания 10 подается на второй вход умножителя 2 устройства фильтрации параметров ТО. Величина коэффициента сглаживания β_n подается на девятый вход вычислителя 11, где производится вычисление величины

β_n/Т_n, которая поступает со второго выхода блока определения коэффициентов сглаживания 10 на второй вход умножителя 3 устройства фильтрации параметров ТО.

С выхода сумматора 1 сигнал ошибки подается на седьмой вход блока определения коэффициентов сглаживания 10 и на первые входы умножителей 2 и 3, на вторые входы которых с первого и второго выходов блока определения коэффициентов сглаживания 10 поступают соответственно величины α_n и β_n/Т_n.

Взвешенный коэффициентом α_n сигнал ошибки с выхода умножителя 2 поступает на второй вход сумматора 8, на первый вход которого с выхода сумматора 7 поступает экстраполированное значение параметра В результате суммирования с выхода сумматора 8 снимается текущее сглаженное значение параметра

С выхода умножителя 3 сигнал ошибки взвешенный величиной β_n/Т_n, подается на первый вход сумматора 4, на второй вход которого с выхода ЗУ 5 поступает величина . В результате на выходе сумматора 4 снимается текущее сглаженное значение скорости изменения параметра

Текущие сглаженные значения подаются на первый, второй и третий выходы устройства фильтрации параметров ТО соответственно.

При маневрах объекта с большими значениями ускорений отклонения экстраполированного и сглаженного значений параметра от его измеренного (u_n) значения могут быть значительными по величине, т.е. ошибки фильтрации, могут достигать столь больших величин, что возможен срыв сопровождения ТО. Это является недостатком наиболее близких способа и устройства.

Техническим результатом (решаемой задачей) заявляемых технических решений, таким образом, является уменьшение ошибок фильтрации параметров ТО при маневрах объекта с большими значениями ускорений.

Технический результат достигается тем, что в способе фильтрации параметров ТО, основанном на фильтрации методом «скользящего сглаживания», включающем измерение текущего параметра ТО u_n, где n - номер измерения (n=1, 2, 3, …), определение скорости изменения текущего параметра ТО экстраполированного значения параметра ТО сигнала ошибки между текущим измеренным значением параметра ТО u_n и его экстраполированным значением коэффициентов сглаживания α_n и β_n, и по полученным данным определение текущего сглаженного значения параметра ТО , согласно изобретению для каждого измерения, начиная с третьего (n≥3), дополнительно запоминают (n-1)-e и (n-2)-е значения коэффициентов сглаживания β_n-1 и β_n-2 соответственно, с помощью которых для каждого измерения, начиная с пятого (n≥5), определяют экстраполированное значение параметра в виде:

где Т_n - текущий интервал времени между измерениями,

и - сглаженное значение параметра ТО и скорость его изменения при (n-1)-м измерении,

и/или для каждого измерения, начиная с третьего (n≥3), после определения сигнала ошибки производят его сравнение с пороговой величиной δθ_u, определяемой исходя из наибольшей допустимой величины сигнала ошибки, при превышении величиной значения δθ_u в качестве текущего сглаженного значения параметра ТО принимают измеренное значение текущего параметра u_n, в случае, если сигнал ошибки не превышает δθ_u, текущее сглаженное значение параметра ТО определяют в виде:

Технический результат достигается также тем, что в устройстве фильтрации параметров траектории объекта, содержащем четыре сумматора, три умножителя, два запоминающих устройства (ЗУ) и блок определения коэффициентов сглаживания, включающем вычислитель и третье ЗУ, причем первый вход первого сумматора, соединенный с первым входом блока определения коэффициентов сглаживания, является первым входом устройства, второй вход блока определения коэффициентов сглаживания является вторым входом устройства, второй инверсный вход первого сумматора подключен к первому входу четвертого сумматора, а выход его соединен с первыми входами первого умножителя и второго умножителя, а также с седьмым входом блока определения коэффициентов сглаживания, второй вход первого умножителя соединен с первым выходом блока определения коэффициентов сглаживания, а выход его соединен со вторым входом четвертого сумматора, второй вход второго умножителя соединен со вторым выходом блока определения коэффициентов сглаживания, а выход его соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого ЗУ, третий вход второго сумматора соединен с четвертым выходом блока определения коэффициентов сглаживания, а выход второго сумматора является первым выходом устройства и подключен к шестому входу блока определения коэффициентов сглаживания и ко входу первого ЗУ, выход которого соединен с пятым входом блока определения коэффициентов сглаживания и с первым входом третьего умножителя, второй вход которого соединен с пятым выходом блока определения коэффициентов сглаживания, а выход соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго ЗУ, первый вход четвертого сумматора, соединенный с четвертым входом блока определения коэффициентов сглаживания, является вторым выходом устройства, вход второго ЗУ, соединенный с третьим входом блока определения коэффициентов сглаживания является третьим выходом устройства, первый вход вычислителя, соединенный с первым входом третьего ЗУ, является первым входом блока, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, входы вычислителя соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами третьего ЗУ, десятый, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый входы вычислителя являются соответственно вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым и седьмым входами блока, первый выход вычислителя соединен с третьим входом третьего ЗУ, второй, третий, четвертый, пятый выходы вычислителя являются соответственно вторым, третьим, четвертым, пятым выходами блока, шестой выход вычислителя соединен с четвертым входом третьего ЗУ, второй вход третьего ЗУ подключен к десятому входу вычислителя, девятый выход третьего ЗУ является первым выходом блока, согласно изобретению введены пятый сумматор, устройство сравнения и ключ, в блоке определения коэффициентов сглаживания введены шестой и седьмой выходы, в третьем ЗУ блока определения коэффициентов сглаживания введен десятый выход, являющимся шестым выходом блока, а в вычислителе блока определения коэффициентов сглаживания введен седьмой выход, являющимся седьмым выходом блока, первый вход пятого сумматора соединен с выходом третьего сумматора, второй его вход соединен с седьмым выходом блока определения коэффициентов сглаживания, а выход его соединен со входом четвертого сумматора, первый и второй входы устройства сравнения соединены соответственно с выходом первого сумматора и шестым выходом блока определения коэффициентов сглаживания, а выход соединен со вторым входом ключа, первый вход ключа соединен с выходом четвертого сумматора, третий его вход подключен к первому входу первого сумматора, а выход соединен с входом второго ЗУ.

Поясним суть предлагаемого способа.

Как уже отмечалось, при интенсивных маневрах сопровождаемого объекта ошибки фильтрации параметра ТО значительно возрастают, что может привести к срыву сопровождения ТО.

В заявляемых технических решениях в каждом текущем измерении, начиная с третьего (т.е. при n≥3), при определении экстраполированного значения параметра учитывается динамика изменения коэффициентов сглаживания β_n, β_n-1, β_n-2, полученных соответственно при текущем (n-м) и двух предыдущих ((n-1)-м и (n-2)-м) измерениях:

где Т_n - текущий интервал времени между измерениями,

и - сглаженное значение параметра ТО и скорость его изменения при (n-1)-м измерении.

Кроме того, при каждом измерении осуществляется анализ величины сигнала ошибки между текущим измеренным значением параметра u_n и его экстраполированным значением по результату которого принимается решение о величине сглаженного значения параметра . При этом для каждого измерения, начиная с третьего (n≥3), сигнал ошибки сравнивается с заранее заданной пороговой величиной δθ_u, определяемой исходя из наибольшей допустимой величины сигнала ошибки. Наибольшая допустимая величина сигнала ошибки представляет собой ошибку, превышение которой приводит к срыву сопровождения ТО. Если сигнал ошибки оказывается больше δθ_u, то вместо сглаженного значения параметра ТО берется его измеренное значение, если же сигнал ошибки не превышает указанной величины, то сглаженное значение определяется в виде:

Таким образом достигается заявляемый результат - уменьшение ошибок фильтрации параметров ТО при маневрах объекта с большими значениями ускорений.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

Фиг.1 - структурная схема устройства, наиболее близкого к заявляемому устройству.

Фиг.2 - структурная схема блока определения коэффициентов сглаживания в устройстве, наиболее близком к заявляемому устройству.

Фиг.3 - структурная схема заявляемого устройства.

Фиг.4 - структурная схема блока определения коэффициентов сглаживания в заявляемом устройстве.

Заявляемое устройство содержит пять сумматоров 1, 4, 7, 8, 13, три умножителя 2, 3, 6, два ЗУ 5, 9, блок определения коэффициентов сглаживания 10, включающий вычислитель 11 и третье ЗУ 12, а также устройство сравнения 14 и ключ 15, причем первый вход первого сумматора 1, соединенный с первым входом блока определения коэффициентов сглаживания 10, является первым входом устройства, второй инверсный вход первого сумматора 1 подключен к выходу пятого сумматора 13, а выход первого сумматора 1 соединен с первыми входами первого умножителя 2 и второго умножителя 3, а также седьмым входом блока определения коэффициентов сглаживания 10 и первым входом устройства сравнения 14, второй вход первого умножителя 2 соединен с первым выходом блока определения коэффициентов сглаживания 10, а выход его соединен со вторым входом четвертого сумматора 8, второй вход второго умножителя 3 соединен со вторым выходом блока определения коэффициентов сглаживания 10, а выход его соединен с первым входом второго сумматора 4, второй вход которого подключен к выходу первого ЗУ 5, третий вход второго сумматора 4 соединен с четвертым выходом блока определения коэффициентов сглаживания 10, а выход второго сумматора 4, соединенный с входом первого ЗУ 5 и шестым входом блока определения коэффициентов сглаживания 10, является первым выходом устройства, выход первого ЗУ 5 соединен с пятым входом блока определения коэффициентов сглаживания 10 и первым входом третьего умножителя 6, второй вход которого соединен с пятым выходом блока определения коэффициентов сглаживания 10, а выход соединен с первым входом третьего сумматора 7, второй вход которого подключен к выходу второго ЗУ 9, а выход соединен с первым входом пятого сумматора 13, второй вход которого соединен с седьмым выходом блока определения коэффициентов сглаживания 10, а выход, соединенный с первым входом четвертого сумматора 8 и четвертым входом блока определения коэффициентов сглаживания 10, является вторым выходом устройства, третий вход четвертого сумматора 8 соединен с третьим выходом блока определения коэффициентов сглаживания 10, а выход соединен с первым входом ключа 15, второй вход блока определения коэффициентов сглаживания 10 является вторым входом устройства, третий вход блока определения коэффициентов сглаживания 10 соединен с выходом ключа 15, а шестой выход блока определения коэффициентов сглаживания 10 соединен со вторым входом устройства сравнения 14, выход которого соединен со вторым входом ключа 15, третий вход которого соединен с первым входом первого сумматора 1, а выход соединен с входом второго ЗУ 9 и является третьим выходом устройства, блок определения коэффициентов сглаживания 10 содержит вычислитель 11 и третье ЗУ 12, причем первый вход вычислителя 11 соединен с первым входом третьего ЗУ 12 и является первым входом блока, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, входы вычислителя 11 соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами третьего ЗУ 12, десятый, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый входы вычислителя 11 являются соответственно вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым и седьмым входами блока, первый выход вычислителя 11 соединен с третьим входом третьего ЗУ 12, второй, третий, четвертый, пятый, седьмой выходы вычислителя 11 являются соответственно вторым, третьим, четвертым, пятым, седьмым выходами блока, шестой выход вычислителя 11 соединен с четвертым входом третьего ЗУ 12, второй вход третьего ЗУ 12 подключен к десятому входу вычислителя 11, девятый и десятый выходы третьего ЗУ 12 является соответственно первым и шестым выходами блока.

Входы блока определения коэффициентов сглаживания 10 служат для приема следующих величин:

- первый вход - измеренного параметра u_n;

- второй вход - текущего времени измерения t_n;

- третий вход - сглаженного значения параметра ;

- четвертый вход - экстраполированного значения параметра

- пятый вход - предыдущего сглаженного значения скорости изменения параметра ;

- шестой вход - текущего сглаженного значения скорости изменения параметра ;

- седьмой вход - сигнала ошибки

Входы вычислителя 11 предназначены для приема следующих величин:

- первый вход - измеренных значений параметра ТО;

- второй и третий входы - минимальных значений коэффициентов сглаживания α_min и β_min соответственно;

- четвертый вход - значения первого измерения параметра ТО;

- пятый вход - значений предыдущего времени измерения;

- шестой вход - константы δu, выбираемой из условия

- седьмой и восьмой входы -максимально допустимых значений коэффициентов сглаживания α_max и β_max соответственно;

- девятый вход - текущего значения коэффициента сглаживания β_n;

- десятый вход - текущего времени измерения;

- одиннадцатый вход - текущего сглаженного значения параметра ТО;

- двенадцатый вход - экстраполированного значения параметра ТО;

- тринадцатый вход - предыдущего (полученного в n-1-ом измерении) сглаженного значения скорости изменения параметра ТО;

- четырнадцатый вход - текущего сглаженного значения скорости изменения параметра ТО;

- пятнадцатый вход вычислителя 11 - сигнала ошибки.

Выходы вычислителя 11 предназначены для передачи следующих величин:

- первый выход - значений коэффициента сглаживания δ_n+1, определенного для следующего (n+1)-го измерения;

- второй выход - текущего значения величины β_n/Т_n;

- третий выход - начального значения параметра ТО u₀;

- четвертый выход - начального значения скорости изменения параметра ТО ;

- пятый выход - значений текущего интервала времени между измерениями Т_n;

- шестой выход - коэффициента сглаживания β_n+1 определенного для следующего (n+1)-го измерения;

- седьмой выход - величины .

Входы ЗУ 12 предназначены для приема следующих величин:

- первый вход - измеренного значения параметра ТО;

- второй вход - значений текущего времени измерений;

- третий вход - значений коэффициента сглаживания α_n+1.

- четвертый вход - значений коэффициента сглаживания β_n+1.

Выходы ЗУ 12 предназначены для передачи следующих величин:

- первый и второй выходы - минимальных значений коэффициентов сглаживания α_min и β_min соответственно;

- третий выход - значения первого измерения параметра ТО;

- четвертый выход - значения предыдущего времени измерения;

- пятый выход - константы δu;

- шестой выход - максимально допустимого значения коэффициента сглаживания

α_max;

- седьмой выход - максимально допустимого значения коэффициента сглаживания

β_max;

- восьмой выход ЗУ 12 - запомненного предыдущего значения коэффициента сглаживания, определенного для текущего n-го измерения β_n;

- девятый выход - запомненного предыдущего значения коэффициента сглаживания, определенного для текущего n-го измерения α_n;

- десятый выход - допустимой (пороговой) величины сигнала ошибки δθ_u.

Сумматоры 1, 4, 7, 8, 13, умножители 2, 3, 6, ЗУ 5, 9, 12, устройство сравнения 14, ключ 15 выполнены на стандартных микросхемах (Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. М.: Радио и связь, 1990, с.131-170).

Блок определения коэффициентов сглаживания 10 служит для определения величин α_n, β_n/Т_n и временного интервала между измерениями Т_n.

Вычислитель 11 - вычислительный процессор на стандартных микросхемах (М.Гук Аппаратные средства IBM PC, С-Пб.: Издательский дом «Питер», 2002, с.227-228).

Заявляемое устройство работает следующим образом.

На первый вход устройства фильтрации подаются измеренные значения параметра

u_n, на второй его вход - текущее время каждого (n-го) измерения t_n. В блоке определения коэффициентов сглаживания 10 определяются номер измерения n=1, 2, 3, … путем счета числа поступлений величин u_n, а также для n=2, 3, 4, … текущий интервал времени между измерениями T_n=t_n-t_n-1.

Первые два измерения являются подготовительными для формирования начальных значений: Кроме того, в ЗУ 12 блока определения коэффициентов сглаживания 10 для n=2 задаются начальные значения коэффициентов сглаживания α₀=1 и β₀=1.

Первое измеренное значение параметра u₁, поступающее на первый вход устройства фильтрации параметров ТО, подается на первый вход блока определения коэффициентов сглаживания 10, где запоминается в ЗУ 12. При поступлении второго измерения параметра u₂ в вычислителе 11 блока определения коэффициентов сглаживания 10 определяется скорость изменения параметра , для чего используются хранящиеся в ЗУ 12 значение первого измерения их и определенная в вычислителе 11 величина текущего интервала времени между измерениями Т_n. Полученные величины являются начальными значениями для инициации процесса фильтрации и поступают с третьего и четвертого выходов блока определения коэффициентов сглаживания 10 соответственно на третий вход сумматора 8 и третий вход сумматора 4. Значение передается на третий выход устройства фильтрации, на первый выход устройства фильтрации передается значение скорости изменения параметра .

Ключ 15 в течение первых двух измерений включен так, что его третий вход закрыт, и с выхода сумматора 8 через ключ 15 на третий выход устройства фильтрации подаются сглаженные (в данном случае они же - измеренные) значения параметра ТО.

Начиная с третьего измерения, устройство фильтрации параметров ТО работает следующим образом. В вычислителе 11 начальные значения обнуляются

и во всех последующих измерениях, начиная с третьего, на третьи входы сумматоров 4 и 8 подаются нулевые значения. В сумматоре 7 определяется экстраполированное значение параметра путем суммирования предыдущего сглаженного значения параметра поступающего с выхода ЗУ 9 на второй вход сумматора 7, и величины поступающей с выхода умножителя 6 на первый вход сумматора 7.

В сумматоре 1 определяется сигнал ошибки путем суммирования текущего измеренного значения параметра u_n, поступающего на первый вход сумматора 1, и экстраполированного значения параметра поступающего с выхода сумматора 7 на инверсный второй вход сумматора 1.

Сигнал ошибки поступает на вход 7 блока определения коэффициентов сглаживания 10 и одновременно - на первый вход устройства сравнения 14, где сигнал ошибки сравнивается с величиной δθ_u, поступающей на второй вход устройства сравнения 14 с десятого выхода ЗУ 12 блока 10. Если сигнал ошибки оказывается больше величины δθ_u, то на выходе устройства сравнения формируется управляющий сигнал, который поступает на второй вход ключа 15. При этом первый вход ключа 15 запирается и измеренная величина параметра u_n через третий вход ключа передается на третий выход устройства фильтрации. В противном случае первый выход ключа 15 открывается, третий его вход запирается, и с выхода сумматора 8 через первый вход ключа 15 на третий выход устройства фильтрации поступает сглаженное значение параметра ТО.

В это же время в блоке определения коэффициентов сглаживания 10 определяются коэффициенты сглаживания α_n+1 и β_n+1. Для этого на первый вход блока определения коэффициентов сглаживания 10 поступает текущее измеренное значение параметра u_n, на второй вход поступает текущее время измерения t_n, а на входы 3, 4, 5, 6, 7 подаются соответственно: с выхода сумматора 8 - текущее сглаженное значение параметра , с выхода сумматора 7 - экстраполированное значение параметра , с выхода ЗУ 5 - предыдущее сглаженное значение скорости изменения параметра , с выхода сумматора 4 - текущее сглаженное значение скорости изменения параметра , с выхода сумматора 1 - сигнал ошибки . Входы 1-7 блока определения коэффициентов сглаживания 10 являются одновременно входами 1, 10-15 вычислителя 11. В каждом измерении с выходов 1, 2, 4, 5, 6, 7 ЗУ 12 на входы 2, 3, 5, 6, 7, 8, вычислителя 11 соответственно подаются величины α_min, β_min, t_n-1, δu, α_max, β_max. В соответствии с описанным выше способом в вычислителе 11 определяются:

- текущий интервал времени между измерениями T_n=t_n-t_n-1;

- абсолютная величина сигнала ошибки

- абсолютная величина отклонения текущего сглаженного значения параметра от экстраполированного значения параметра

- абсолютная величина отклонения текущего сглаженного значения скорости изменения параметра от предыдущего сглаженного значения скорости изменения параметра

В вычислителе 11 по полученным с ЗУ 12 абсолютным отклонениям и константам определяются коэффициенты сглаживания α_n+1 и β_n+1, которые передаются в ЗУ 12 для использования в следующем (n+1)-ом измерении.

При этом с девятого и восьмого выходов ЗУ 12 снимаются ранее запомненные значения коэффициентов сглаживания соответственно α_n и β_n для использования в фильтрации текущего n-го измерения. Величина коэффициента сглаживания α_n с первого выхода блока определения коэффициентов сглаживания 10 подается на второй вход умножителя 2 устройства фильтрации параметров ТО. Величина коэффициента сглаживания β_n подается на девятый вход вычислителя 11, где производится вычисление величины β_n/Т_n, которая поступает со второго выхода блока определения коэффициентов сглаживания 10 на второй вход умножителя 3 устройства фильтрации параметров ТО.

В ЗУ 12 запоминаются коэффициенты сглаживания β_n, β_n-1, β_n-2, полученные соответственно в n-ом, (n-1)-ом и (n-2)-ом измерениях. До пятого измерения (n<5) седьмой выход блока 10 обнуляется и на второй вход сумматора 13 поступают нулевые значения. При последующих измерениях (n≥5) запомненные значения β_n, β_n-1, β_n-2 поступают с ЗУ 12 на девятый вход вычислителя 11, где определяется величина С седьмого выхода блока 10 эта величина поступает на второй вход сумматора 13, на первый вход которого с выхода сумматора 7 поступает величина С выхода сумматора 13 снимается экстраполированное значение параметра которое подается на второй выход устройства фильтрации.

С выхода сумматора 1 сигнал ошибки подается на седьмой вход блока определения коэффициентов сглаживания 10 и на первые входы умножителей 2 и 3, на вторые входы которых с первого и второго выходов блока определения коэффициентов сглаживания 10 поступают соответственно величины α_n и β_n/Т_n.

Взвешенный коэффициентом α_n сигнал ошибки с выхода умножителя 2 поступает на второй вход сумматора 8, на первый вход которого с выхода сумматора 7 поступает экстраполированное значение параметра В результате суммирования с выхода сумматора 8 снимается текущее сглаженное значение параметра

С выхода умножителя 3 сигнал ошибки, взвешенный величиной β_n/Т_n, подается на первый вход сумматора 4, на второй вход которого с выхода ЗУ 5 поступает величина . В результате на выходе сумматора 4 снимается текущее сглаженное значение скорости изменения параметра

Текущие сглаженные значения подаются на первый, второй и третий выходы устройства фильтрации параметров ТО соответственно.

В результате работы устройства фильтрации параметров ТО блок определения коэффициентов сглаживания 10 автоматически подстраивает коэффициенты сглаживания α_n и β_n к текущим условиям сопровождения объекта, в том числе при его интенсивном маневрировании.

Таким образом достигается заявленный технический результат.

1. Способ фильтрации параметров траектории объекта (ТО), основанный на фильтрации методом «скользящего сглаживания», включающий измерение текущего параметра ТО u_n, где n - номер измерения (n=1, 2, 3, …), определение скорости изменения текущего параметра ТО экстраполированного значения параметра ТО сигнала ошибки между текущим измеренным значением параметра ТО u_n и его экстраполированным значением коэффициентов сглаживания α_n и β_n, и по полученным данным определение текущего сглаженного значения параметра ТО , отличающийся тем, что для каждого измерения, начиная с третьего (n≥3), дополнительно запоминают (n-1)-e и (n-2)-е значения коэффициентов сглаживания β_n-1 и β_n-2 соответственно, с помощью которых для каждого измерения, начиная с пятого (n≥5), определяют упомянутое экстраполированное значение параметра в виде:

где T_n - текущий интервал времени между измерениями,
и - сглаженное значение параметра ТО и скорость его изменения при (n-1)-м измерении,
и/или для каждого измерения, начиная с третьего (n≥3), после определения сигнала ошибки производят его сравнение с пороговой величиной δθ_u, определяемой исходя из наибольшей допустимой величины сигнала ошибки, при превышении величиной значения δθ_u, в качестве упомянутого текущего сглаженного значения параметра ТО принимают измеренное значение текущего параметра u_n, в случае, если сигнал ошибки не превышает δθ_u, упомянутое текущее сглаженное значение параметра ТО определяют в виде:

2. Устройство фильтрации параметров траектории объекта, содержащее четыре сумматора, три умножителя, два запоминающих устройства (ЗУ) и блок определения коэффициентов сглаживания, включающий вычислитель и третье ЗУ, причем первый вход первого сумматора, соединенный с первым входом блока определения коэффициентов сглаживания, является первым входом устройства, второй вход блока определения коэффициентов сглаживания является вторым входом устройства, второй инверсный вход первого сумматора подключен к первому входу четвертого сумматора, а выход его соединен с первыми входами первого умножителя и второго умножителя, а также с седьмым входом блока определения коэффициентов сглаживания, второй вход первого умножителя соединен с первым выходом блока определения коэффициентов сглаживания, а выход его соединен со вторым входом четвертого сумматора, второй вход второго умножителя соединен со вторым выходом блока определения коэффициентов сглаживания, а выход его соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого ЗУ, третий вход второго сумматора соединен с четвертым выходом блока определения коэффициентов сглаживания, а выход второго сумматора является первым выходом устройства и подключен к шестому входу блока определения коэффициентов сглаживания и к входу первого ЗУ, выход которого соединен с пятым входом блока определения коэффициентов сглаживания и с первым входом третьего умножителя, второй вход которого соединен с пятым выходом блока определения коэффициентов сглаживания, а выход соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго ЗУ, первый вход четвертого сумматора, соединенный с четвертым входом блока определения коэффициентов сглаживания, является вторым выходом устройства, вход второго ЗУ, соединенный с третьим входом блока определения коэффициентов сглаживания является третьим выходом устройства, первый вход вычислителя, соединенный с первым входом третьего ЗУ, является первым входом блока, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый входы вычислителя соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами третьего ЗУ, десятый, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый входы вычислителя являются соответственно вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым и седьмым входами блока, первый выход вычислителя соединен с третьим входом третьего ЗУ, второй, третий, четвертый, пятый выходы вычислителя являются соответственно вторым, третьим, четвертым, пятым выходами блока, шестой выход вычислителя соединен с четвертым входом третьего ЗУ, второй вход третьего ЗУ подключен к десятому входу вычислителя, девятый выход третьего ЗУ является первым выходом блока, отличающееся тем, что введены пятый сумматор, устройство сравнения и ключ, в блоке определения коэффициентов сглаживания введены шестой и седьмой выходы, в третьем ЗУ блока определения коэффициентов сглаживания введен десятый выход, являющийся шестым выходом блока, а в вычислителе блока определения коэффициентов сглаживания введен седьмой выход, являющийся седьмым выходом блока, первый вход пятого сумматора соединен с выходом третьего сумматора, второй его вход соединен с седьмым выходом блока определения коэффициентов сглаживания, а выход его соединен со входом четвертого сумматора, первый и второй входы устройства сравнения соединены соответственно с выходом первого сумматора и шестым выходом блока определения коэффициентов сглаживания, а выход соединен со вторым входом ключа, первый вход ключа соединен с выходом четвертого сумматора, третий его вход подключен к первому входу первого сумматора, а выход соединен с входом второго ЗУ.