Способ бесстробового автоматического сопровождения подвижной цели

Изобретение относится к гидроакустике и радиолокации и может быть использовано в системе обработки информации для автоматического сопровождения подвижных целей. Достижимый технический результат - снижение вероятности формирования ложных траекторий. Сущность способа состоит в том, что решение об обнаружении, сопровождении или сбросе траектории с сопровождения принимают, используя последовательный критерий, согласно которому каждой предполагаемой или сопровождаемой траектории присваивают некоторый условный вес Wi , который сравнивают с двумя порогами Н1 и Н2, определяемыми заданными вероятностями правильного обнаружения траектории цели и ложной тревоги. При этом условный вес Wi на каждом цикле обработки изменяют, увеличивая его на величину положительного приращения dwi+. Решение об обнаружении траектории принимают, если выполняется условие Wi>H2, если Wi1, то принимают решение о сбросе траектории с сопровождения, если H1≤Wi≤Н2 - испытания продолжают. Указанный технический результат достигают за счет того, что на каждом цикле обработки оценивают разность между измеренным значением координаты обнаруженной отметки цели xi и ее экстраполируемым на текущий цикл обработки для данной траектории значением Xei, и положительное приращение dwi+ увеличивают в Gi раз, определяемым соответствующим образом. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к гидроакустике и радиолокации и касается системы обработки информации в части автоматического сопровождения подвижной цели.

Возрастающий поток информации в условиях воздействия интенсивного нестационарного шума на входе гидроакустической или радиолокационной системы предъявляет все более высокие требования к надежности обработки информации. В этих условиях только автоматическое сопровождение целей позволяет справиться с возросшим потоком информации, однако надежность автоматического сопровождения при воздействии шумов по-прежнему остается невысокой.

Как известно, процесс автоматического сопровождения подвижной цели предполагает обнаружение сигнала в приемном тракте ГАС или РЛС и принятие решения об обнаружении отметки цели (истинной или ложной), которой соответствуют некоторые измеренные значения координат, например дальность Di и пеленг Pi [1, 2]. В некоторых системах дополнительно измеряют радиальную скорость цели, учитываемую в процессе сопровождения.

Воздействие нестационарного интенсивного шума приводит к появлению на выходе обнаружителя ложных отметок, вероятность появления которых непрерывно меняется.

Каждую обнаруженную в текущем цикле обработки отметку проверяют на принадлежность уже сопровождаемым траекториям по отклонению ее координат от предполагаемых (экстраполируемых) значений. Если эти отклонения по всем сопровождаемым траекториям превышают допустимый порог, отметку считают вновь обнаруженной («первичной»).

Вокруг каждой вновь обнаруженной отметки, например, с координатами D1 и P1 (i=l), на второй цикл обработки (i=2) формируют строб первичного захвата («автозахвата»), положение которого по дальности Dstr11…Dstr22 и пеленгу Pstr12…Pstr22 выбирают исходя из максимально возможной скорости движения цели (Vmax), длительности цикла обработки (Т) и измерительных ошибок по дальности и пеленгу (sigD и sigP):

Если на втором цикле обработки (i=2) в пределах данного строба обнаруживают отметку, то принимают решение об обнаружении траектории. Если отметка цели не была обнаружена на втором цикле обработки, принимают решение о прекращении процедуры обнаружения траектории или ее продолжении на следующий цикл (i=3) с соответствующим увеличением строба «автозахвата»:

Если в пределах строба «автозахвата» обнаруживают несколько отметок, то выбирают отметку, ближайшую к центру строба. Как правило полагают траекторию цели обнаруженной при обнаружении не менее двух отметок в пределах строба «автозахвата» в трех смежных циклах обработки.

После принятия решения об обнаружении траектории, когда имеет место обнаружение не менее двух отметок цели в смежных циклах обработки и можно уже определить направление и скорость изменения положения цели в принятой системе координат, возможно прогнозирование положения цели на последующие циклы обработки (экстраполяция).

По данным экстраполяции на каждом последующем цикле обработки строят строб «сопровождения», положение и размеры которого Xstr1i, Xstr2i по каждой из сопровождаемых координат xi (Di, Pi) определяют в соответствии с прогнозируемым положением цели по этой координате Xei (Dei, Pei), предполагаемыми ошибками экстраполяции и измерительными ошибками:

где sigXei (sigDi, sigPi) - предполагаемые ошибки экстраполяции (СКО),

sigX (sigD, sigP) - измерительные ошибки (СКО).

Для i≥3 экстраполируемые координаты определяют соответственно выбранной модели движения цели. Если положить, что цель движется с постоянными скоростью и курсом, то

где Xsi-1 и Vxsi-1 - оценка на i-1 цикл обработки (сглаженная) координата и скорость ее изменения, которые определяют соответственно выбранному алгоритму оценки траекторных данных (фильтру сглаживания).

Рассмотрим фильтр сглаживания, основанный на методе «средневзвешенных» [1], который совпадает с фильтром сглаживания, основанным на критерии минимизации среднеквадратического отклонения или наименьших квадратов [3]. В этом случае оценку координаты сопровождаемой цели Xsi вычисляют по результатам ее измерений хi, используя известные выражения:

Известно, что ошибки экстраполяции sigXei всегда превышают ошибки сглаживания sigXsi, т.е. sigXei>sigXsi [1]. Выполненные нами исследования показали, что такое превышение после 5 циклов обработки составляет 30-50%.

Сброс траектории цели с сопровождения обычно выполняют при отсутствии обнаруженных отметок в трех и более смежных циклах локации.

Недостатком такого способа сопровождения является то, что присутствие ложных отметок может привести к ситуации, когда ложная отметка оказывается ближе к центру строба (экстраполируемому положению цели). Такая ложная отметка, согласно выбранному критерию, будет отобрана для оценки координаты цели в текущем цикле обработки, что приведет к искаженной оценке координаты в процессе сопровождения, а в итоге - к снижению точности и надежности автоматического сопровождения цели. Если истинная отметка цели не была обнаружена в текущем цикле обработки, ложная отметка, попавшая в строб, будет отобрана для оценки координаты цели, что также приведет к искаженной оценке координаты.

Как показали результаты статистического моделирования, увеличение вероятности обнаружения ложных отметок при таком способе сопровождения приводит к снижению средней длины сопровождаемой траектории и вероятности автоматического захвата траектории цели на сопровождение.

Если сброс траектории с сопровождения выполняют при появлении 3 пропусков отметок в смежных циклах обработки, то для рассмотренного способа сопровождения ложные траектории длинной 4-5 циклов формируются с вероятностями 0.002, если вероятность появления ложной отметки pni=0.01, и 0.09, если pni=0.1. При критерии сброса 5 пропусков в смежных циклах обработки протяженность ложных траекторий возрастает на 2-3 цикла.

Широкое применение также находит способ сопровождения (прототип), когда решение об обнаружении траектории принимают, используя последовательный критерий принятия решения [2].

Согласно такому способу сопровождения каждой предполагаемой траектории присваивают некоторый условный вес Wi (накапливаемый от цикла к циклу логарифм отношения правдоподобия), который сравнивают с двумя порогами Н1 и H2, определяемыми заданными вероятностями правильного обнаружения траектории Pobn и ложной тревоги Flt:

Решение об обнаружении траектории принимают, если выполняется условие: Wi>H2, если Wi<H1, то принимают решение об отсутствии траектории и если H1≤Wi≤H2, испытания продолжают.

При этом условный вес Wi равен:

где Xi=1 в случае обнаружения отметки цели и Xi=0 - при пропуске отметки.

где pci - вероятность обнаружения отметки цели на i-м цикле испытаний.

Обычно полагают, что вероятности pci и pni в процессе сопровождения не меняются. Постоянства pni в условиях воздействия нестационарного шума достигают регулировкой порога обнаружения.

Как следует из представленных выражений, отрицательное приращение условного веса предполагаемой траектории dwi- определяется только вероятностью обнаружения одиночной отметки цели pci, и, как показывают расчеты, оно близко к единице. При этом положительное приращение dwi+ определяется соотношением между вероятностью обнаружения одиночной отметки цели pci и вероятностью обнаружения ложной отметки pni и может превышать единицу в несколько раз. Например, с увеличением pni от 0.001 до 0.01 dwi+ уменьшается с 2.7 до 1.7, если pci=0.5. При этом увеличение pci до 0.9 ведет к увеличению приращения dwi+ всего на 10%.

Отсюда следует вывод, что обнаружение каждой отметки ведет к увеличению условного веса предполагаемой траектории Wi на несколько единиц, тогда как пропуск отметки приводит к снижению условного веса на существенно меньшую величину. Следовательно, увеличение условного веса при обнаружении отметок цели в процессе ее автоматического сопровождения идет более высокими темпами, чем снижение в отсутствие отметок цели. Последнее означает возможность существенного роста числа ложных траекторий и длительности их сопровождения. Кроме того, не имеет смысла длительное сопровождение отсутствующей цели, обусловленное большим накопленным в процессе сопровождения условным весом траектории.

При таком способе сопровождения также выполняют описанное выше стробирование траекторных данных обнаруженных отметок цели.

Результаты статистического моделирования показали, что даже при относительно слабом сигнале средняя протяженность сопровождаемой траектории в случае применения второго способа оказывается в 1.5-2 раза больше, чем в случае применения первого способа. Причем среднее число контактов с целью до принятия решения об обнаружении траектории цели с ростом уровня эхо-сигнала при последовательном способе сопровождения уменьшается и достигает 3-4 контактов, если pci>0.9.

Результаты статистического моделирования также показали, что при малом значении вероятности появления ложных отметок (pni=0.001) формирование ложных траекторий при втором способе сопровождения происходит с существенно меньшей вероятностью, чем в случае применения первого способа. Однако реальный, превышающий расчетный, уровень шума может приводить к формированию ложных траекторий с достаточно высокой вероятностью. Например, ложные траектории до 5 циклов формируются с вероятностью 0.07 при заданной вероятности появления ложных отметок pno=0.001, если фактическая вероятность появления ложных отметок pni=0.01. Если же pni=0.1, то с вероятностью 0.07 возможно формирование ложных траекторий протяженностью до 18 циклов локации.

Следует отметить, что последовательный способ сопровождения накладывает достаточно жесткие ограничения на поддержание порога обнаружения по сравнению с первым способом.

Целью настоящего изобретения является снижение вероятности формирования ложных траекторий.

Поставленная цель в предлагаемом способе бесстробового автоматического сопровождения подвижной цели, основанном на последовательном критерии принятия решения о сопровождении (обнаружении траектории) и отказе от сопровождения, достигается благодаря дополнительной оценке разности между измеренным значением координаты обнаруженной отметки цели хi и ее экстраполируемым на текущий цикл обработки для данной траектории значением Xei-ΔΧi=xi-Xei и соответствующему изменению положительного приращения dwi+, путем его увеличения в Gi раз согласно выражению:

где коэффициент Gi определяется в предположении о нормальном распределении измеренных и экстраполируемых значений координаты выражением:

где

Согласно предлагаемому способу на каждом цикле обработки (локации) после обнаружения любой отметки и измерения ее координат определяют разность ΔΧi и, используя выражение (13), положительное приращение dwi+ для всех хранимых в памяти вычислительной системы траекторий. Значения приращения dwi+ менее некоторого наперед заданного числа, например 0.01, приравнивают 0, и соответствующие им траектории по отношению к этой отметке на текущем цикле обработки не рассматривают, что позволяет сократить время обработки информации. Отметку присоединяют к той траектории, для которой положительное приращение имеет наибольшее значение.

Если к одной и той же траектории могут быть присоединены несколько отметок, отбирают ту отметку, для которой положительное приращение имеет наибольшее значение. Поэтому в памяти системы обработки следует хранить не только измеренные координаты обнаруженных отметок, номер отобранной траектории, но и величину положительного приращения. Такой отбор также позволяет снизить вероятность перепутывания траекторий при сопровождении в случае их близкого взаимного расположения.

Если отобранная траектория считалась необнаруженной и ее условный вес на данный цикл обработки был ниже значения верхнего порога Н2, то его увеличивают на величину положительного приращения dwi+, сравнивают с верхним порогом, и, если порог превышен, то траектория далее считается обнаруженной. Если верхний порог не превышен, траектория считается необнаруженной, но ее данные хранят в памяти системы.

Для снижения времени принятия решения о сбросе траектории с сопровождения после принятия решения об обнаружении траектории цели предлагаем:

- ограничить максимальную величину условного веса сопровождаемой траектории, например, значением Н2′=Н2+dwi+;

- повысить абсолютное значение отрицательного приращения dwi-, например, до величины dw1, определяемой выбранным критерием сброса траектории с сопровождения:

где m=3-5 пропусков отметок в смежных циклах обработки.

Если отобранная траектория ранее считалась обнаруженной, условный вес траектории не изменяют и траектория остается на сопровождении.

Для всех траекторий, находящихся на этапах обнаружения или сопровождения, данные которых хранят в памяти системы и к которым на текущем цикле обработки не были присоединены обнаруженные отметки, условный вес уменьшают на величину отрицательного приращения dw1, вычисляемого согласно выражению (17). Полученные таким образом значения условных весов сравнивают с нижним порогом H1. Если условный вес какой-то траектории оказывается ниже значения нижнего порога, она сбрасывается с сопровождения, и ее данные могут быть стерты из памяти системы обработки.

Далее измеренные координаты каждой обнаруженной отметки подвергают процедуре сглаживания (оценке) согласно выбранному фильтру сглаживания и экстраполяции соответственно выбранной модели движения цели, как и в прототипе.

Как показали результаты статистического моделирования, при таком способе сопровождения вероятность формирования ложных траекторий существенно снижается по сравнению с прототипом, несколько проигрывая ему по протяженности сопровождаемой траектории. Так, даже при относительно высокой вероятности появления ложных отметок (pni=0.01-0.1) вероятность формирования ложных траекторий оказывается не более 0.001. Если же расчетный уровень шума ориентирован на pno=0.001, а фактическая вероятность появления ложных отметок pni=0.1 или 0.01, то для предлагаемого способа сопровождения возможно формирование ложных траекторий протяженностью до 5-9 циклов обработки с вероятностью, не превышающей 0.001 и 0.0001 соответственно, что на порядок ниже, чем для прототипа.

Предлагаемый способ может быть реализован в устройстве обработки информации, блок-схема которого представлена на фиг. 1, состоящем из последовательно соединенных приемного тракта 1, обнаружителя отметок цели (ложных отметок) 2, измерителя координат обнаруженных отметок 3 и вычислительного устройства 4. Приемный тракт 1 вторым выходом соединен со вторым входом измерителя координат 3.

Вычислительное устройство 4 состоит из последовательно соединенных блока выявления «новых» целей, присоединения отметок к сопровождаемым траекториям и сброса траекторий с сопровождения 4-1, блока оценки (сглаживания) координат 4-2, блока экстраполяции координат 4-3 и блока запоминания траекторных данных 4-4. Входом вычислительной системы 4 является первый вход блока выявления 4-1. Блок запоминания 4-4 также соединен вторым входом со вторым выходом блока 4-1, а его первый и второй выходы соединены со вторыми входами блоков 4-1 и 4-2. В качестве вычислительной системы может быть использован типовой персональный компьютер.

Принимаемый антенной сигнал поступает на вход приемного тракта 1 и далее на обнаружитель 2, где его сравнивают с порогом обнаружения. В случае превышения сигналом порога поступает команда на измеритель 3, в котором определяют соответствующие обнаруженному сигналу значения координат. Так получают отметку цели либо ложную отметку и измеренные значения ее координат, которые поступают в вычислительную систему 4.

В вычислительной системе 4 в блоке 4-1 согласно предлагаемому способу вычисляют положительные приращения для всех хранимых в блоке запоминания 4-4 траекторий и присоединяют обнаруженную отметку к траектории, для которой это приращение имеет наибольшее значение. Если отметку не присоединяют ни к одной из запоминаемых траекторий, она считается «новой» и ее данные поступают в блок запоминания 4-4. В этом же блоке снижается условный вес траекторий, и принимается решение о прекращении сопровождения траекторий, отметки которых не были обнаружены в текущем цикле обработки.

В блоке 4-2 выполняют сглаживание координат обнаруженной отметки с учетом данных отобранной траектории.

В блоке 4-3 определяют экстраполируемые на следующий цикл обработки значения координат, которые запоминают в блоке 4-4.

Источники информации

1. С.З. Кузьмин. Цифровая обработка радиолокационной информации. М.: Сов. радио, 1967.

2. С.З. Кузьмин. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации. М: Сов. радио, 1974.

3. Least squares algorithms for constant-acceleration target tracking. Dagancay Kutluyil, Proceedinos of the International Conference on Radar, Adelaide, 3-5 Sept., 2003. Piscataway (N.J.); IEEE. 2003. p.566-571.

1. Способ бесстробового автоматического сопровождения подвижной цели, основанный на последовательном критерии принятия решения, согласно которому каждой предполагаемой или сопровождаемой траектории присваивают условный вес Wi (накапливаемый от цикла к циклу обработки логарифм отношения правдоподобия), который сравнивают с двумя порогами Н1 и Н2, определяемыми заданными вероятностями правильного обнаружения траектории Pobn и ложной тревоги Flt:

и решение об обнаружении траектории принимают, если выполняется условие: Wi>H2, если Wi<H1, то принимают решение об отсутствии траектории, если же H1≤Wi≤Н2 - испытания продолжают, при этом условный вес Wi изменяют на каждом цикле обработки, увеличивая его на величину положительного приращения dwi+ в случае обнаружения отметки цели (Xi=1), либо уменьшая на величину отрицательного приращения dwi- в случае пропуска отметки цели (Xi=0), согласно выражению:

отличающийся тем, что на каждом цикле обработки оценивают разность между измеренным значением координаты обнаруженной отметки цели xi и ее экстраполируемым на текущий цикл обработки для данной траектории значением Xei, и положительное приращение dwi+увеличивают в Gi раз согласно выражению:

где pci - вероятность обнаружения отметки цели,
pni - вероятность обнаружения ложной отметки, при этом величину коэффициента Gi изменяют соответственно разности координат xi-Xei, например, согласно выражению:

где - нормированная разность координат,

sigX2 - дисперсия измеренных значений координаты,
sigXei2 - дисперсия экстраполируемых значений координаты,
при этом отметку присоединяют к той траектории, для которой положительное приращение dwi+ имеет наибольшее значение.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что максимальную величину условного веса сопровождаемой траектории ограничивают, например, значением H2′=H2+dwi+.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отрицательное приращение dwi- берут пропорциональным разности порогов H1-H2, например, равным

соответственно выбранному критерию сброса с сопровождения (m=3-5 пропусков отметок в смежных циклах обработки).

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что значения приращения dwi+ менее некоторого наперед заданного числа, например 10-2, приравнивают 0 и соответствующие им траектории по отношению к обнаруженной отметке на текущем цикле обработки не рассматривают.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам формирования изображения и может быть использовано для обнаружения скрытых предметов. Электрические свойства скрытых объектов, например диэлектрическая проницаемость, могут быть получены из информации о падающих, отраженных и пропущенных электромагнитных волнах в системе формирования изображения.

Система контроля (20) внутреннего пространства машины (2), содержащая посылающий радарное излучение (28) во внутреннее пространство (6) радар (26), радарный приемник (34), принимающий отраженное во внутреннем пространстве (6) радарное излучение (32) и подающий его в виде принятого сигнала (36), блок (38) управления и обработки для определения фактической сигнатуры (40а) по принятому сигналу (36) и ее сравнения с хранящейся в памяти, представляющей бездефектную машину (2) заданной сигнатуры (40b), и блок (42) выдачи сигнала (46, 52а,b) дефекта при превышающем допуск (44) отклонении фактической сигнатуры (40а) от заданной сигнатуры (40b).

Изобретение относится к детектированию цели в морском районе на основе ее изображения Радаром с Синтезированной Апертурой (SAR). .

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при измерении эффективной площади рассеяния различных объектов радиолокации, имеющих небольшие (до нескольких полуволн) размеры.

Изобретение относится к области радиолокационных измерений и может быть использовано в импульсных радиолокаторах с коническим сканированием для классификации различных объектов.

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационным измерениям, и может быть использовано для измерения локальных эффективных поверхностей рассеяния (ЭПР) радиолокационных объектов в сверхширокой полосе частот в свободном пространстве при использовании импульсных сверхширокополосных (СШП) сигналов без несущей, у которых рабочая полоса f и средняя частота f0 сравнимы по величине.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в панорамных приемниках станций радиопомех, радиопеленгаторах и аналогичных устройствах для обнаружения наземных источников радиоизлучения, функционирующих в условиях шума неизвестной интенсивности.

Изобретение относится к области радиолокационной техники, в частности к способам распознавания радиолокационных объектов, различающихся геометрическими размерами, и может быть использовано в службах управления воздушным движением, а также в радиолокационном вооружении зенитных ракетных и авиационных комплексов.

Изобретение относится к радиолокационным измерениям и может быть использовано в импульсных РЛС сопровождения цели с коническим сканированием для распознавания воздушных объектов.

Изобретение относится к радиоэлектронике и касается принципов построения системы обработки гидроакустической или радиолокационной информации в части автоматического сопровождения подвижной цели. Достижимым техническим результатом изобретения является снижение ошибок сопровождения при малом числе контактов с целью. Сущность заявляемого способа состоит в том, что сглаживание координат сопровождаемой цели выполняют с использованием фильтров сглаживания разной инерционности. Если число циклов обработки, рассчитываемое с момента обнаружения «первичной» отметки цели, не превышает заданного значения, то используют фильтр с малой инерционностью, если же оно превышает заданное значение, то используют фильтр с большой инерционностью. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиолокации, может быть использовано для обеспечения высокой разрешающей способности по дальности на выходе приемного тракта радиолокационной станции. Технический результат - уменьшение вероятности ложной тревоги при разрешении целей. Технический результат достигается тем, что устройство содержит линию задержки, сумматор, первый вход которого соединен с входом линии задержки и является входом устройства, а выход является выходом устройства, последовательно соединенные коррелятор и перемножитель, выход которого подключен ко второму входу сумматора, а второй вход перемножителя - к выходу линии задержки и первому входу коррелятора, второй вход которого соединен с выходом сумматора. 1 ил.

Изобретение относится к способу и устройству обнаружения вращающегося колеса транспортного средства, которое движется по проезжей части в направлении движения и колеса которого, по меньшей мере, частично открыты сбоку. Техническим результатом является повышение надежности обнаружения вращающегося колеса транспортного средства. Предложен способ обнаружения вращающегося колеса (4) транспортного средства (1), которое движется по проезжей части (2) в направлении движения (3) и колеса (4) которого, по меньшей мере, частично открыты сбоку, включающий этапы: отправку электромагнитного измерительного луча (9) с известной временной характеристикой его частоты на первую область над проезжей частью (2) в направлении наискось к вертикали (V) и перпендикулярно или наискось к направлению движения (3), прием отраженного измерительного луча (9) и запись временной характеристики его частот по отношению к известной характеристике в качестве характеристики (20) смеси принятых частот и обнаружение непрерывно возрастающей или убывающей в течение отрезка времени полосы (22) частот в характеристике (20) смеси принятых частот в качестве колеса (4). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к способу и устройству детектирования (обнаружения) вращающегося колеса транспортного средства, которое движется по проезжей части в направлении движения, и колеса которого, по меньшей мере, частично открыты сбоку. Техническим результатом является повышение надежности детектирования вращающегося колеса транспортного средства. Предложен способ детектирования колес (4) транспортного средства (1), которое передвигается по дороге (2) в направлении (3) движения и колеса (4) которого, по меньшей мере, частично открыты сбоку, включающий: излучение электромагнитного излучения лепестка (15) диаграммы направленности измерительного пучка с известной временной характеристикой частоты от области сбоку дороги (2) на область дороги (2) и с наклоном по отношению к направлению (3) движения; прием лепестка (15) диаграммы направленности измерительного пучка, отраженного проходящим транспортным средством (1), и запись временной характеристики (F) всех частот отраженного излучения относительно указанной известной характеристики; и обнаружение в качестве колеса уширения (A2) частоты в записанной характеристике (F), появляющегося во время прохода (Тр) транспортного средства, причем уширения, превышающего заданную величину (S) уширения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх