DE3132009C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Sowohl im Bereich der Luftverkehrsüberwachung und -steuerung als auch im Bereich der Luftverteidigung wird heute mit vielfacher Radarüberdeckung gearbeitet, d. h. ein Ziel wird im allgemeinen von mehreren Radars gleichzeitig beobachtet. Durch Einbeziehung mehrerer Radars in ein vernetztes Verarbeitungssystem wird an­ gestrebt, einen hohen Anteil der potentiell verfügbaren Informationen auszunutzen. Eine wesentliche Aufgabe in der Radardatenverarbeitung ist die Spurbildung. Bei der Spurbildung in einem System mit Mehrfachüberdeckung besteht die Aufgabe, Zielpositionsmeldungen mehrerer Radars zur Erneuerung der betreffenden Spur zu verwen­ den.

Es gibt eine Vielzahl von denkbaren oder ausgeführten Systemen, welche sich unter anderem in der Art der übermittelten Daten, der Vernetzungsstruktur und Auf­ gabenverteilung unterscheiden. Praktisch allen Systemen gemeinsam ist das Vorhandensein einer Spurglättung. Bereits in der automatischen Monoradardatenverarbeitung ist es seit längerem üblich, die Spuren zu glätten. Ge­ meint ist damit, daß einer Spur nicht einfach nur an­ läßlich jeder neuen Radarmessung des Ziels die gemessene Position zugewiesen wird, sondern eine automatisch be­ rechnete geglättete Position und eine geglättete Ge­ schwindigkeit. Für diese Berechnung sind verschiedene Algorithmen geeignet, am häufigsten angewendet werden verschiedene Formen des α-β-Filters und des Kalman­ filters.

Bei der Multiradarzielverfolgung gibt es ebenfalls ver­ schiedene Methoden oder Spurglättung. Am bekanntesten sind die Monospur-Gewichtsmethode, bei der die jeweils aktuell verfügbaren vorgeglätteten Monospurmeldungen nach einer der Schwerpunktbildung ähnlichen Methode ver­ schmolzen werden und die Kalmanfilter-Methode.

Die Eingangsgrößen der Multiradar-Spurglättung sind ge­ messene Positionen und Bezugszeiten. Für die System­ leistungsfähigkeit bestimmend sind die Positionsmeß­ fehler und ihre Behandlung im System. Bezugszeitfehler wirken über die Geschwindigkeit des Ziels wie Positions­ fehler und können als solche behandelt werden.

Bei den Positionsmeßfehlern ist zunächst zu unterschei­ den zwischen statistischen und systematischen Fehlern.

Bei statistischen Fehlern ist der jeweils aktuell ange­ nommene Fehlerwert vom Zufall bestimmt, also nicht vor­ hersehbar.

Dagegen ändern sich systematische Fehler der von einem Radar gemeldeten Zielpositionen wenig oder gar nicht bei aufeinanderfolgenden Meldungen.

Die wichtigsten Ursachen für systematische Fehler sind:

• - Fehler der Radar-Nordausrichtung,
• - Transformationsfehler infolge fehlender Zielhöhe,
• - Fehler der Radar-Entfernungskalibrierung,
• - Transformationsfehler infolge falscher Radarstand­ ortangaben.

Die statistischen Fehler werden bei der Glättung mit einem Kalmanfilter optimal behandelt, andere Glättungs­ verfahren bieten mehr oder weniger gute Annäherungen an dieses Optimum.

Für die systematischen Fehler gibt es dagegen bisher keine befriedigende Behandlung. Die bereits erwähnte Gewichtsmethode bewirkt eine teilweise Elimination die­ ser Fehler, und zwar in dem Maße, in dem sich bei den aktuell gerade zur gemeinsamen Verarbeitung zusammenge­ faßten Meldepositionen und den gewählten Gewichten die systematischen Fehler der einzelnen Meldungen gegensei­ tig aufheben. Im ungünstigsten Fall werden lauter gleich­ gerichtete Einzelfehler anteilig zu einem großen Gesamt­ fehler zusammengefügt, im günstigsten Fall setzen sich unterschiedliche Fehler anteilig so zusammen, daß die Summe Null wird. Der z. B. auf einem getakteten Sicht­ gerät tatsächlich auftretende Fehler schwankt von Takt zu Takt innerhalb des möglichen Fehlerbereiches. Das gleiche gilt für die aus Positionsangaben abgeleitete Geschwindigkeit. Das Schwanken des systematischen Gesamt­ fehlers kommt dadurch zustande, daß infolge von Zielbewegungen, von Unterschieden der Radarumlaufzeiten, von Meldungsausfällen und Laufzeitunterschieden für Ziel­ meldungen nicht gewährleistet werden kann, daß inner­ halb eines Verarbeitungs- und Darstelltaktes stets die­ selbe Anzahl von Meldungen derselben Radars ausgewertet wird.

Bei der Spurglättung mit einem Kalmanfilter werden die aktuell vorhandenen Meldepositionen in der Reihenfolge ihrer Bezugszeiten einzeln zur Glättung der Spur ver­ wendet. In die geglättete Position gelangt ein relativ (verglichen mit den systematischen Fehlern der Meldungen von anderen Radars) großer Anteil des systematischen Fehlers der gerade verwendeten Meldeposition. Dement­ sprechend wird auch die Spurgeschwindigkeit beeinflußt. Von Spurerneuerung zu Spurerneuerung ist deshalb ent­ sprechend den Unterschieden der systematischen Positions­ fehler der Meldungen ein Schwanken der Position und der Geschwindigkeit zu beobachten. Durch die Taktung des Sichtgerätes wird an diesem Schwanken im Prinzip nichts geändert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Korrektur von systematischen Fehlern bei der Multi­ radarzielverfolgung anzugeben, welches bei vertretbarem Aufwand zuverlässig die weitgehende Beseitigung solcher systematischen Fehler ermöglicht.

Das Verfahren zur erfindungsgemäßen Lösung dieser Auf­ gabe ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteran­ sprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Wei­ terbildungen der Erfindung.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein großer Teil der erkennbaren systematischen Fehler der Meßpositionen beseitigt, bevor diese Positionen weiterverarbeitet werden. Erkennbar in diesem Sinne sind die Fehleranteile, die sich von den systematischen Fehlern der Zielmeldun­ gen anderer Radars unterscheiden. Durch diese Kompensa­ tion der Position wird eine Verbesserung der Spurgenau­ igkeit erreicht und eine Verminderung sprunghafter Än­ derungen der aktuellen Spurwerte für Position und Ge­ schwindigkeit.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in der Abbildung dargestellte Vektordiagramm in einem ortsfest gedachten Koordinatensystem noch veranschaulicht. Mit M, K, A und S sind dabei Positionen innerhalb dieses Koordinatensystems bezeichnet, während die Vektoren KV, KV _neu und D Beziehungen zwischen diesen Positionen her­ stellen.

Wird ein Ziel von einer Radarstation erfaßt, so wird in der bearbeitenden Zentrale in fortwährend wiederholten Verarbeitungszyklen aus den zu diesem Ziel aus der Ver­ gangenheit vorliegenden Zielmeldungsdaten eine Spur ge­ bildet und daraus durch Extrapolation der Daten aus der Vergangenheit eine in der Zukunft, d. h. für den nächsten Verarbeitungszyklus erwartete Position vorherbestimmt. Diese vorherbestimmte Position ist die in der Abbildung mit S bezeichnete Spurposition. Wird ein Ziel von meh­ reren Radars erfaßt, so werden entsprechend die Ziel­ meldungsdaten aller das Ziel erkennender Radars zur Bildung einer gemeinsamen Spur verwendet. Die Kriterien zur Zuordnung von Meldungen verschiedener Radarstationen zum gleichen Ziel sind an sich bekannt und nicht Gegen­ stand der vorliegenden Erfindung.

Die für einen neuen Verarbeitungszyklus zu einem Ziel von den einzelnen erkennenden Radarstationen gemeldeten Zielpositionen fallen im allgemeinen nicht mit der vor­ herbestimmten Spurposition S zusammen. Die Abbildung zeigt die Vorgehensweise gemäß der Erfindung für das Beispiel einer Radarstation. Die Zielposition, die von der Radarstation gemeldet wird, ist mit M angegeben. Für jedes Ziel ist zu jeder dieses Ziel erkennenden Radarstation ein Kompensationsvektor KV gespeichert, der beim Eintreffen weiterer Meldungen von dieser Radar­ station zum gleichen Ziel rekursiv erneuert wird. So­ lange von einer Radarstation keine Meldung zu einem in der Zentrale erkannten Ziel erfolgt, ist der Kompensa­ tionsvektor zu diesem Ziel und dieser Station trivialer­ weise Null. Erst beim Erkennen eines Ziels ergibt sich für den Kompensationsvektor durch die rekursive Erneue­ rung ein von Null verschiedener Wert.

Aus einer von einer Radarstation gemeldeten Zielposition M wird erfindungsgemäß durch Addition des zugehörigen Kompensationsvektors KV eine kompensierte Position K er­ mittelt. Diese Kompensation stellt eine Korrektur der aus vergangenen Meldungen abgeleiteten systematischen Fehler dieser Radarstation dar, so daß die kompensierte Popsition K als eine weitgehend von systematischen Fehlern befreite Zielposition angesehen werden kann. Durch ge­ wichtete Mittelwertbildung dieser kompensierten Position K mit der vorherbestimmten Spurposition S nach der allge­ mein bekannten Vorschrift für die gewichtete Mittelwert­ bildung wird eine aktuelle Zielposition A aus
A = q · S + (1 - q) · K
ermittelt mit 0 < q 1. Die Wichtung mit dem Faktor q be­ rücksichtigt noch zusätzlich die für die Spurbildung herangezogenen Werte aus vergangenen Zielmeldungen. Der Faktor q kann je nach Situation verschiedene Werte an­ nehmen und unter Umständen auch adaptiv eingestellt wer­ den.

Die Differenz zwischen gemeldeter Zielposition M und er­ mittelter aktueller Position A wird als der erneuerte Kompensationsvektor KV _neu anstelle des vorherigen Kom­ pensationsvektors KV für die Verarbeitung im nächsten Zyklus gespeichert. Eine analoge Vorgehensweise ist in der Bildung eines Vektors D aus der gewichteten Mittel­ wertbildung und anschließende Addition zur kompensierten Position K (führt wiederum zur aktuellen Position A) und zum Kompensationsvektor KV (führt wieder auf KV _neu ) zu sehen. Durch die Erneuerung des Kompensationsvektors, welche sowohl die Daten aller erkennenden Radars aus vergangenen Verarbeitungszyklen als auch die neueste Zielmeldung des einen erkennenden Radars berücksichtigt, wird aus der Radarsituation selbst heraus eine äußerst wirkungsvolle Korrektur der systematischen Fehler er­ reicht.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß durch Mittelwertbildung aus allen Kompensationsvek­ toren zur selben Spur ein Zentriervektor Z gebildet wird. Die einzelnen Kompensationsvektoren zum selben Ziel wer­ den durch Subtraktion dieses Kompensationsvektors korri­ giert. Bei der Mittelwertbildung können die Kompensa­ tionsvektoren zu verschiedenen Radars auch mit verschie­ denen Gewichtsfaktoren berücksichtigt werden. Weiters kann der Zentriervektor vor der Subtraktion von den Kom­ pensationsvektoren noch mit einem konstanten Faktor be­ wertet werden. Diese Korrektur der Kompensationsvektoren kann bei jedem Verarbeitungszyklus oder auch nur in größeren Zeitabständen durchgeführt werden. Diese Maßnahme verhindert den Aufbau von gleichgerichteten Kompensations­ vektoren und ist insbesondere bei manövrierendem Ziel von bedeutendem Vorteil. Der Bewertungsfaktor für den Zentriervektor kann daher bei Vorhandensein eines Manöverdetektors auch noch in Abhängigkeit des Manövrier­ zustandes des Ziels adaptiv eingestellt werden.

Zur weiteren Verarbeitung, wie z. B. Erneuerung der Spur, sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung die Verwendung der kompensierten Position K vor. Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird zu einer solchen Weiterverarbeitung der Zieldaten die ermittelte aktuelle Position A an nachgeordnete Einrichtungen abge­ geben.

Claims (4)

1. Verfahren zur Korrektur von systematischen Fehlern bei der Multiradarzielverfolgung, bei welchem zu einem festgestellten Ziel aus den zu diesem Ziel von gegebenen­ falls mehreren Radars gemeldeten Meßpositionen eine Ziel­ spur gebildet und daraus eine Spurposition vorherbe­ stimmt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß zu jeder Zielspur für jede erkennende Radarstation ein Kompensationsvektor (KV) unter Berücksichtigung der systemeigenen Fehler der Radarstation gebildet, gespeichert und rekursiv erneuert wird,
daß aus der gemeldeten Meßposition (M) durch Addition des Kompensationsvektors (KV) eine kompensierte Posi­ tion (K) und daraus durch gewichtete Mittelwertbildung mit der vorherbestimmten Spurposition (S) eine aktuelle Position (A) er­ mittelt wird, und
daß als Differenz zwischen Meßposition (M) und ermittel­ ter aktueller Position (A) der erneuerte Kompensations­ vektor (KV _neu ) bestimmt und gespeichert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch - gegebenenfalls gewichtete - Mittelwertbil­ dung aus allen Kompensationsvektoren zur selben Spur ein Zentriervektor gebildet und zur Korrektor der Kom­ pensationsvektoren herangezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kompensierte Meßposition (K) zur weiteren Verarbeitung nachgeordneten Einrichtungen zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte aktuelle Position (A) zur weiteren Verarbeitung nachgeordneten Einrichtungen zugeführt wird.