SE519088C2 - Sätt att med från mål spridda signaler bestämma lägen och hastigheten för målen - Google Patents

Description

-uran Intl; 10 15 20 25 30 35? ' reducerade tillståndsrum,«så att den avslutande processeringen i det fulla ~ som är gemensamma för flera sensorer. Optimalt blir ytori det fulla tillstånds- annan: o 519 oss 2 kan kallas för en kandidat. Efterhand blir det klart om en kandidat är en korrekt association, dvs. ett mål eller en felaktig association, ibland kallad ett spöke. _ Problemet är alltså att hantera det initialt mycket stora antalet spöken, dvs att hitta målen bland alla kandidater. Ändamålet med uppfinningen är att lösa detta problem, vilket sker genom att upp- finningen får den utformning som framgår av det efterföljande självständiga patent- kravet. Lämpliga utföringsforrner av uppfinningen framgår av övriga patentkrav.

Uppfinningen kommeri det följande att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritning, där fig. 1 visar hur geometrin runt två stationer på ett plan och hur rotations- symmetriska tänkbara mållägen vid mätning från två stationer kan _. överföras till punkteri ett halvplan, fig. 2 visar hur hastigheter i ett B-dimensionellt rum kan överföras till icke- unika hastigheter i nämnda halvplan och fig. 3 visar hur man kan fastställa läge och hastighet genom att kombinera mätningar från två par av stationer som har en station gemensam.

Om man studerar figur 1 med två stationer, s,, sz, på marken, som ser ett och samma mål, t1, i monostatiska mätningar, inser man direkt att de placerar målet utefter en halvcirkel i lägesrummet över marken. Bistatiska mätningar mellan de två stationema delar denna symmetri, så att en halvcirkel kan accepteras eller för- kastas i sin helhet. För varje punkt på halvcirkeln är en skattad hastighet v bestämd upp till en linje i hastighetsrummet. Sammantaget tillskriver alltså två stationer en kandidat (mål eller spöke) en två-yta i tillståndsrummet. En familj sådana två-ytor i tillståndsrummet bildar en förhållandevis komplicerad delmängd i tillståndsrummet.

Det är därför önskvärt med en inledande kalkyl där kandidater kan representeras av punkteri ett reducerat tillståndsrum, snarare än ytor. l det fall man studerar såväl läge som hastighet, såsom beskrivits ovan, blir det reducerade tillståndsrummet följaktligen 4-dimensionellt. Vidare bör någon typ av kandidatreduktion ske i detta tillståndsrummet blir förenklad.

Uppfinningens grundläggande idé är att arbeta i lågdimensionella, < 6, tillståndsrum ._ _ ___.___'.____..:_._....,.¿_..1_.____ '_ _ 10 15 20 25 30 35 519 oss šïï* ï::=~ 3 rummet, motsvarande vissa sensorregistreringar, representerade av punkter i det lägredimensionella dito. Genom att det reducerade tillståndsrummet är gemensamt för flera sensorer kan man under vissa betingelser få en sensomära och lokal elimi- nering av många spöken genom kalkyler som ej är processeringstunga. En sådan utglesad kandidatmängd utgör sedan tillsammans med andra, på samma sätt ut- glesade kandidatmängder, indata till en slutlig och fullständig associering i hela till- ståndsrummet. Denna slutkalkyl är då, genom indatamängdemas relativa lltenhet, också överkomligt processeringsintensiv.

Från symmetrin i figurema 1 och 2 kan man se att man kan låta punktema på den cirkelbâge som motsvarar en kandidat t, representeras av en punkt P(t1) i ett halv- plan P12 på ena sidan symmetriaxeln. l figur 2 kan man se hur hastigheten v utifrån monostatiska och/eller bistatiska mätningar från ett par av stationer kan bestämmas genom dopplermätning, så när som på en komponent i tangentens till halvcirkelbågen riktning. Detta betyder att hastigheten ligger på linjen L(s,,s2,t,, v).

Alla hastigheter på denna linje kommer att representeras av samma 2-dimensio- nella hastighet u, vilken är en vektor i halvplanet P12. Omvänt gäller att om hastig- heten i halvplanet P12 är känd, vet man att hastigheten ligger på linjen L(s,,s2,t,,u), där med u nu avses den kanoniska representanten av u i tre dimensioner.

Till skillnad mot det enkla problemet att hitta den gemensamma linjen mellan mät- ningar från två stationer, dvs. cirkelbågen från skämingen mellan två (halv)sfärer, eller den gemensamma punkten mellan mätningar från tre stationer, dvs. skär- ningspunkten mellan tre (halv)sfärer, är gemensamma punkter från två eller tre bistatiska mätningar mellan samma stationer mer komplicerade att finna, eftersom vardera mätningen genererar en (halv)ellipsoid med stationerna i brännpunktema.

Det är svårare att beräkna gemensamma punkter mellan två ellipsoider än mellan sfârer.

Uppfinningen utnyttjar därför monostatiska mätningar mellan par av stationer för att beräkna kandidater. Sedan används den sammanhörande bistatiska mätningen för att eliminera spöken. På detta sätt behöver man inte beräkna gemensamma punk- ter utgående från ellipsoidema utan man tittar bara på de punkter där de mono- statiska mätningama anger att det finns kandidater och ser om den bistatiska mät- ningen har en eller flera kandidater på det aktuella avståndet. Detta är mycket enklare än att beräkna gemensamma punkter utifrån bistatiska mätningar. l de fall den avståndsbaserade analysen inte ger tillräcklig eliminering av antalet spöken, 10 15 20 25 30 35 . » - - .- 0519 088 giægïï; -a n :av 4 kan man använda sig även av den samlade dopplerinforrnationen. Doppler- mätningama delar enligt ovan avståndsmätningarnas symmetri och genom att kräva kompatibla monostatiska och bistatiska dopplerrnätningar erhålls ytterligare en reduktion av antalet spöken. l det följande ges en mer utförlig beskrivning av sättet i samband med en mängd distribuerade isotropa sändare/mottagare av elektromagnetiska eller akustiska signaler. l det konkreta exemplet tänker vi oss ett antal radarstatloner. Varje radar- station sänder ut en signal som dels tas emot av stationen själv samt dels av om- givande grannar. Vi hänvisar återigen till den ovannämnda patentansökningen av Hellsten för en utförligare beskrivning av hur systemet kan vara utformat i allmän- het.

I ett första steg använder man en första s, och en andra s, sändare/mottagare av elektromagnetiska eller akustiska signaler och utför dels monostatiska mätningar M, och M, från vardera sändaren/mottagaren, dels en bistatisk mätning 8,, mellan stationema. Först skapar de två monostatiska mätningama ett antal kandidater med 2-dimensionellt läge och 2-dimensionell hastighet. Sedan prövas dessa mot resul- tatet av den bistatiska mätningen och de kandidater behålls som återfinns i alla mätningama med lämpliga felmarginaler. l ett andra steg utför man motsvarande beräkningar med en av de två ursprungliga stationema, säg s,, och en tredje station sg. Samma beräkningar som utförts för s, och s, utförs för s, och s, Man sorterar sedan, för vardera beräkningen, tänkbara mål efter avstånd till den gemensamma sändaren/mottagaren, här s,, och bestäm- mer de avståndsluckori de båda beräkningama som samtidigt innehåller en eller flera kandidater. För dessa kandidater studeras den radiella dopplerhastigheten i de två mätningama. Om skillnaden är mindre än ett förutbestämt värde behålls kandi- datema. I annat fall förkastas de.

I figur 3 visas hur ett mål t, representeras av en punkt i halvplanet P,, och en annan i halvplanet P,,. Det 3-dimensionella läget ges av halvcirklamas skämings- punkt. Den sanna hastigheten v fört, representeras av hastigheten u,_ som är en vektor i tangentplanet till punkten P(t,) i halvplanet P,, och motsvarande vektor u, i halvplanet P3, vardera sådan hastighet kan enligt ovan avbildas på en linje det 3- dimensionella rummet. Den sanna hastigheten v liggeri skämingen mellan dessa linjer L(s,,s,,t,,u,) och L(s,,s,,t,,u,). 519 oss a» 5 I ett tredje steg kan man utföra en tredje bistatisk mätning B23 mellan de två sändare/mottagare, här s; och sa, som inte är den gemensamma sändaren/ mottagaren enligt ovan. Resultatet kan användas tillsammans med kandidatema 5 som återstår efter steget två ovan för att ytterligare reducera antalet spöken.

Den lokala behandling runt tre stationer har genom detta förfarande, med initialt parvisa beräkningar runt två stationer och vidare så att alla tre stationema ingår i beräkningama, på ett elegant och förhållandevis beråkningssnålt vis givit ett antal 10 mål och möjligen, till följd av ofullkomligheteri mätsystemet och dess tillämpning, något kvarvarande spöke. Det intressanta är att parallellt med detta kan i ett större system ett antal andra stationer också ha givit ett antal mål. Den parallella hante- ringen är mycket gynnsam och en absolut förutsättning enligt ovan för att proces- seringen över huvud taget skall vara möjlig i ett större system med många stationer. 15 För att förbättra säkerheten i beräkningama och avföra eventuellt kvarvarande spöken, kan man naturligtvis låta ytterligare stationer, som har en räckvidd som är tillräcklig, ingå i beräkningama. Man kan tänka sig såväl ytterligare monostatiska, som ytterligare bistatiska beräkningar. 20 Det har redan flera gånger omnämnts att föreliggande uppfinningen är tänkt att ingå i ett större system av stationer, exempelvis det som presenteras i den omnämnda patentansökningen av Hans Hellsten. I den anges att ett antal stationer kan vara placerade som gitterpunkter i ett väsentligen ekvidistant gitter på en yta , som 25 begränsar det övervakade lägesrummet, t.ex. en markyta. Tanken i Hellstens patentansökan är att stationemas räckvidder skall vara sådan att varje mål detek- teras vid bistatisk mätning av minst sex oberoende uppsättningar sändare och 5 2.2 mottagare. Av detta skäl är stationemas räckvidd 2d, om avståndet mellan statio- nema är d, om vi räknar med en väsentligen plan yta. Om ytan inte är väsentligen 30 plan måste räckviddema anpassas så att en minst G-faldig bistatisk överlappning av det övervakade tillståndsrummet ändå uppnås. s non annu: is-oa

Claims (5)

u av» :vu 10 15 20 25 30 35 n n. nya 519 oss 6 Patentkrav:

1. Sätt att med från mål spridda signaler bestämma läget och hastigheten för nämnda mål, k ä n n e t e c k n at a v att man använder en första och en andra station innefattande sändare/mottagare (s1,s2) av elektromagnetiska eller akustiska signaler och utför dels monostatiska mätningar (MMMZ) från vardera stationen, dels en bistatisk mätning mellan stationema (B12), och först genom de två monostatiska mätningama beräknar ett antal målkandidater med 2-dimensionellt läge och 2- dimensionell hastighet, varpå dessa prövas mot resultatet av den bistatiska mät- ningen och de målkandidater behålls som med lämpliga felmarginaler återfinns i alla mätningama, varvid beräkningama skeri ett 2-dimensionellt lägesrum och ett 2- dimensionellt hastighetsrum och ger läget och hastigheten modulo rotations- symmetrin runt en linje genom de två stationerna (shsz) genom att man utnyttjar att rotationssymmetrin medför att tänkbara uppmätta mållägen i ett 3-dimensionellt lägesrum, som ligger längs cirkelbågar med centrum på symmetriaxeln, kan repre- senteras av en punkt (P(t)) i ett halvplan (P12) på ena sidan symmetriaxeln, vilket utgör ett 2-dimensionellt lägesrum, och att hastigheten kan representeras av en hastighet i ett 2-dimensionellt hastighetsrum som är ett tangentplan till nämnda punkt.

2. Sätt enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n at a v att man fastställer läget för en målkandidat i ett fullständigt 3-dimensionellt lägesrum och 3-dimensionellt hastighetsrum genom att motsvarande beräkningar utförs med antingen den första eller den andra stationen (s1,s2) och en tredje motsvarande station (sa), varpå man för vardera beräkningen sorterar målkandidater efter avstånd till den gemensamma stationen och avgör, för de avstånd i de båda beräkningama som båda innehåller ett eller flera tänkbart mål, om det skall behållas som mål eller förkastas beroende på överensstämmelsen hos den radiella farten.

3. Sätt enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n at a v att man utför en tredje bistatisk mätning (B23) mellan de två stationer (s2,s3) som inte är den gemensamma stationen enligt patentkravet 2 och behåller en målkandidat vid överensstämmelse och i annat fall förkastar den.

4. Sätt enligt patentkravet 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t a v att man använder ytterligare stationer för monostatiska och/eller bistatiska mätningar som jämförs med resultatet av de tidigare. u ; | n . n» 519 088 7

5. System enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n at a v att nämnda stationer (s1,s2,s3) är placerade som gitterpunkter i ett väsentligen ekvidistant gitter på en yta, som begränsar det övervakade lägesrummet, t.ex. en markyta, med 5 avståndet mellan gitterpunktema väsentligen lika stora, d, och där signalemas räckvidd vid en väsentligen plan yta är minst 2d, innebärande minst 6 oberoende bistatiska konfigurationer per gitterpunkt och att räckvidden, i det fall ytan inte är väsentligen plan, anpassas för att ge lika många bistatiska konfigurationer som i det plana fallet. nian: lr|øn