Способ координатно-связного опознавания с применением статистической оценки разности пространственных координат
Владельцы патента RU 2461019:
Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании средств определения государственной принадлежности объекта (цели) по принципу «свой-чужой». Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильного опознавания сопровождаемой РЛС цели при увеличении тактов опознавания за счет уменьшения дисперсии оценки разности пространственных координат между целью и «своим» объектом. Сущность изобретения заключается в применении статистической оценки совместно со сглаженной оценкой разности пространственных координат цели и «своего» объекта в качестве признаков опознавания. Это позволяет с увеличением тактов опознавания неограниченно уменьшать дисперсию оценки разности пространственных координат, так как дисперсия статистической оценки при увеличении тактов опознавания стремится к нулю. 2 ил.
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании средств определения государственной принадлежности объекта (цели) по принципу «свой-чужой».
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу (прототипом) является способ координатно-связного опознавания, основанный на сопоставлении координат обнаруженной с помощью РЛС цели с известными координатами «своего» объекта, передаваемыми по каналу многофункциональной интегрированной системы связи, навигации и опознавания (см., например, Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. T.1. РЛС - информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. Системы и алгоритмы первичной обработки радиолокационных сигналов. /Под ред. А.И.Канащенкова и В.И.Меркулова. - М.: «Радиотехника», 2006. С.647).
Основным недостатком прототипа является низкая вероятность правильного опознавания при условии расположения цели и «своего» объекта в пределах среднеквадратического отклонения (СКО) оценки расстояния между ними. Это связано с тем, что дисперсии оценок координат, полученных путем фильтрации (сглаживания) текущих оценок координат, при увеличении тактов опознавания стремятся к постоянным величинам, отличным от нуля.
Техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильного опознавания сопровождаемой РЛС цели при увеличении тактов опознавания за счет уменьшения дисперсии оценки разности пространственных координат между целью и «своим» объектом.
Указанный результат достигается тем, что в известном способе координатно-связного опознавания, основанного на сопоставлении координат обнаруженной с помощью РЛС цели с известными координатами «своего» объекта, передаваемыми по каналу многофункциональной интегрированной системы связи, навигации и опознавания, на каждый такт опознавания определяют сглаженную и статистическую оценки разности пространственных координат цели и «своего» объекта, определяют пороговые значения для статистической и сглаженной оценки разности пространственных координат цели и «своего» объекта на основе законов распределения данных оценок и заданных вероятностей ложных тревог, формируют частное решение о принадлежности цели к классу «цель чужая» по сглаженной оценке, если ее значение превышает соответствующее пороговое значение, в противном случае формируют частное решение о принадлежности цели по сглаженной оценке к классу «цель своя», формируют частное решение о принадлежности цели к классу «цель чужая» по статистической оценке, если ее значение превышает соответствующее пороговое значение, в противном случае формируют частное решение о принадлежности цели по статистической оценке к классу «цель своя», формируют матрицу частных решений путем объединения всех частных решений за период опознавания, принимают общее решение «цель своя», если все элементы матрицы частных решений соответствуют классу «цель своя», в противном случае принимают общее решение «цель чужая».
Сущность изобретения заключается в применении статистической оценки совместно со сглаженной оценкой разности пространственных координат цели и «своего» объекта в качестве признаков опознавания. Это позволяет с увеличением тактов опознавания неограниченно уменьшать дисперсию оценки разности пространственных координат, так как дисперсия статистической оценки при увеличении тактов опознавания стремится к нулю.
Данный способ включает в себя следующие этапы:
- определение текущей оценки разности пространственных координат цели и «своего» объекта:
где 
- текущая оценка пространственной координаты цели; 
- текущая оценка пространственной координаты «своего» объекта, 
, 
T - максимальное количество тактов опознавания, 
- номер координатной оси прямоугольной системы координат OXYZ (ПСК), при этом k=1 соответствует оси ОХ, k=2 соответствует оси OY, k=3 соответствует оси OZ;
- определение ожидаемой дисперсии текущей оценки разности пространственных координат:
где DK1(k,i) - дисперсия текущей оценки пространственной координаты цели в ПСК, DK2(k,i) - дисперсия текущей оценки пространственной координаты «своего» объекта в ПСК;
- определение модуля сглаженной оценки разности пространственных координат:
где 
- дисперсия сглаженной оценки разности пространственных координат, 
β(k,l) - коэффициент усиления сглаживающего фильтра;
- определение модуля статистической оценки разности пространственных координат:
- определение дисперсии сглаженной оценки разности пространственных координат:
где 
при i=l;
- определение дисперсии статистической оценки разности пространственных координат:
- формирование нормальной плотности вероятности сглаженной оценки разности пространственных координат с нулевым математическим ожиданием:
где r∈(-∞;+∞);
- формирование нормальной плотности вероятности статистической оценки разности пространственных координат с нулевым математическим ожиданием:
- определение порогового значения сглаженной оценки разности пространственных координат в соответствии с заданной вероятностью ложной тревоги 
:
где 
, 
- определение порогового значения статистической оценки разности пространственных координат в соответствии с заданной вероятностью ложной тревоги 
:
где 
, 
- определение частных решений о принадлежности цели к классу «цель своя» или к классу «цель чужая»:
- формирование матрицы частных решений о принадлежности цели к классу «цель своя» или к классу «цель чужая»:
где 
- принятие общего решения о принадлежности цели к классу «цель своя» или к классу «цель чужая»:
в соответствии с решающим правилом:
Данный способ может быть реализован, например, с помощью устройства, структурная схема которого приведена на фигуре 1, где обозначено: 1 - постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), 2 - сглаживающий фильтр, 3 - сравнивающее устройство, 4 - сумматор, 5 - вычислитель дисперсии, 6 - вычислитель порога, 7 - запоминающее устройство, 8 - вычитающее устройство, 9 - вычислитель дисперсии, 10 - ПЗУ, 11 - решающее устройство, 12 - счетчик, 13 - вычислитель статистической оценки, 14 - вычислитель порога, 15 - генератор тактовых импульсов (ГТИ), 16 - синхронизатор, 17 - сравнивающее устройство.
ПЗУ 1 предназначено для хранения значений коэффициента усиления сглаживающего фильтра β и дисперсии ошибки экстраполяции 
. Сглаживающий фильтр 2 предназначен для определения модуля сглаженной оценки разности пространственных координат |r*(k,l)| в соответствии с выражением (3). Сравнивающее устройство 3 предназначено для формирования частного решения 
в соответствии с выражением (11). Сумматор 4 предназначен для определения ожидаемой дисперсии текущей оценки разности пространственных координат 
в соответствии с выражением (2). Вычислитель дисперсии 5 предназначен для вычисления дисперсии сглаженной оценки разности пространственных координат 
в соответствии с выражением (5). Вычислитель порога 6 предназначен для определения порогового значения сглаженной оценки разности пространственных координат 
в соответствии с выражением (9). Запоминающее устройство 7 предназначено для формирования матрицы частных решений 9 в соответствии с выражением (13). Вычитающее устройство 8 предназначено для определения текущей оценки разности пространственных координат 
в соответствии с выражением (1). Вычислитель дисперсии 9 предназначен для вычисления дисперсии статистической оценки разности пространственных координат 
в соответствии с выражением (6). ПЗУ 10 предназначено для хранения значений коэффициентов пропорциональности 
и 
. Решающее устройство 11 предназначено для принятия общего решения θ(Т) в соответствии с решающим правилом (14). Счетчик 12 предназначен для определения количества тактовых импульсов на каждый очередной такт опознавания. Вычислитель статистической оценки 13 предназначен для вычисления модуля статистической оценки разности пространственных координат 
в соответствии с выражением (4). Вычислитель порога 14 предназначен для определения порогового значения статистической оценки разности пространственных координат 
в соответствии с выражением (10). ГТИ 15 предназначен для формирования тактового импульса на каждый очередной такт опознавания. Синхронизатор 16 предназначен для синхронизации работы элементов устройства. Сравнивающее устройство 17 предназначено для формирования частного решения 
в соответствии с выражением (12).
Устройство работает следующим образом. Синхронизатор 16 синхронизирует работу элементов устройства. ГТИ 15 формирует на каждый очередной такт опознавания тактовый импульс, который поступает на счетчик 12. Счетчик 12 определяет количество тактов опознавания l, которое поступает на вычислитель статистической оценки 13. На каждый такт опознавания, на вход вычитающего устройства 8 поступают текущие оценки пространственных координат цели 
и «своего» объекта 
, а на вход сумматора 4 поступают соответствующие дисперсии DK1(k,i) и DK2(k,i). Вычитающее устройство 8 определяет текущую оценку разности пространственных координат 
, которая поступает на сглаживающий фильтр 2 и вычислитель статистической оценки 13, а сумматор 4 определяет значение соответствующей дисперсии 
, которое поступает на сглаживающий фильтр 2, вычислитель дисперсии 5 и вычислитель дисперсии 9. В свою очередь ПЗУ 1 выдает значения коэффициента усиления сглаживающего фильтра β и дисперсии ошибки экстраполяции 
на сглаживающий фильтр 2 и вычислитель 5. Сглаживающий фильтр 2 определяет значение модуля сглаженной оценки |r*(k,l)|, которое поступает на сравнивающее устройство 3, а вычислитель дисперсии 5 определяет значение соответствующей дисперсии 
которое поступает на сглаживающий фильтр 2 и вычислитель порога 6. Одновременно вычислитель статистической оценки 13 определяет значение модуля статистической оценки 
которое поступает на сравнивающее устройство 17, а вычислитель дисперсии 9 определяет соответствующую дисперсию 
которая поступает на вычислитель порога 14. В свою очередь ПЗУ 10 выдает значения коэффициентов пропорциональности 
и 
на вычислитель порога 6 и вычислитель порога 14 соответственно. Вычислитель порога 6 определяет пороговое значение 
которое поступает на сравнивающее устройство 3, а вычислитель порога 14 определяет пороговое значение 
которое поступает на сравнивающее устройство 17. Сравнивающее устройство 3 и сравнивающее устройство 17 принимают частные решения 
и 
соответственно, которые поступают на запоминающее устройство 7. Запоминающее устройство 7 записывает частные решения с выходов сравнивающего устройства 3 и сравнивающего устройства 17 (формирует матрицу частных решений θ), которые по окончании периода опознавания поступают на решающее устройство 11. Решающее устройство 11 принимает в конце периода опознавания общее решение θ(T) о принадлежности цели к классу «цель своя» либо к классу «цель чужая».
Для определения эффективности предлагаемого способа оценивалась вероятность правильного опознавания для предложенного и известного способов путем проведения статистических испытаний на имитационной модели формирования разности пространственных координат и их оценок между целью и «своим» объектом, при условии расположения цели и «своего» объекта в пределах СКО оценки расстояния между ними.
Статистическая вероятность правильного опознавания Pпо оценивалась по выборке N=1000, при 
в зависимости от количества тактов опознавания l.
Графики статистической вероятности правильного опознавания Pпо(l) приведены на фигуре 2, где обозначено: а - зависимость статистической вероятности правильного опознавания от количества тактов опознавания для известного способа; б - зависимость статистической вероятности правильного опознавания от количества тактов опознавания для предлагаемого способа.
Из фигуры 2 видно, что при условии расположения цели и «своего» объекта в пределах СКО оценки расстояния между ними статистическая вероятность правильного опознавания для существующего способа, на протяжении всего периода опознавания, практически не превышает значения 0,1. В свою очередь, статистическая вероятность правильного опознавания для предлагаемого способа возрастает при увеличении тактов опознавания и стремится к единице.
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ координатно-связного опознавания с применением статистической оценки совместно со сглаженной оценкой разности пространственных координат цели и «своего» объекта в качестве признаков опознавания.
Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что применение статистической оценки совместно со сглаженной оценкой разности пространственных координат цели и «своего» объекта в качестве признаков опознавания увеличивает вероятность правильного опознавания.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы элементы, широко распространенные в области электронной и электротехники.
Способ координатно-связного опознавания с применением статистической оценки разности пространственных координат, основанный на сопоставлении координат обнаруженной с помощью РЛС цели с известными координатами «своего» объекта, передаваемыми по каналу многофункциональной интегрированной системы связи, навигации и опознавания, отличающийся тем, что на каждый такт опознавания определяют сглаженную и статистическую оценки разности пространственных координат цели и «своего» объекта, определяют пороговые значения для статистической и сглаженной оценки разности пространственных координат цели и «своего» объекта на основе законов распределения данных оценок и заданных вероятностей ложных тревог, формируют частное решение о принадлежности цели к классу «цель чужая» по сглаженной оценке, если ее значение превышает соответствующее пороговое значение, в противном случае формируют частное решение о принадлежности цели по сглаженной оценке к классу «цель своя», формируют частное решение о принадлежности цели к классу «цель чужая» по статистической оценке, если ее значение превышает соответствующее пороговое значение, в противном случае формируют частное решение о принадлежности цели по статистической оценке к классу «цель своя», формируют матрицу частных решений путем объединения всех частных решений за период опознавания, принимают общее решение «цель своя», если все элементы матрицы частных решений соответствуют классу «цель своя», в противном случае принимают общее решение «цель чужая».
