RU2181899C2 - Double-range track meter - Google Patents
Double-range track meter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2181899C2 RU2181899C2 RU2000107983A RU2000107983A RU2181899C2 RU 2181899 C2 RU2181899 C2 RU 2181899C2 RU 2000107983 A RU2000107983 A RU 2000107983A RU 2000107983 A RU2000107983 A RU 2000107983A RU 2181899 C2 RU2181899 C2 RU 2181899C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- adder
- switch
- amplifier
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиотехнических системах измерения параметров траекторий летательных аппаратов (дальность-скорость, скорость-ускорение, угловая координата-скорость изменения угловой координаты). The invention relates to radio engineering and can be used in radio engineering systems for measuring the parameters of aircraft trajectories (range-speed, speed-acceleration, angular coordinate-rate of change of the angular coordinate).
Известны: 1) следящий измеритель дальности, содержащий α-β-фильтр [1]; следящий измеритель, содержащий шесть фильтров Калмана [2]; линейное адаптивное устройство обработки данных, содержащее 12 фильтров Калмана [3], следящий измеритель с адаптивным α-β-фильтром [4]. Known: 1) tracking range meter containing α-β filter [1]; a tracking meter containing six Kalman filters [2]; a linear adaptive data processing device containing 12 Kalman filters [3], a tracking meter with an adaptive α-β filter [4].
Недостатками этих следящих измерителей являются либо низкая точность фильтрации данных, вследствие расходимости оценок вектора состояния при нелинейном законе изменения отслеживаемых фазовых координат ([1]), либо высокие требования к вычислительной системе по объему памяти и быстродействию ([2, 3] ), либо низкая точность фильтрации при использовании следящего измерителя в широкодиапазонных радиотехнических системах (РТС) при разных величинах шумов измерений [4]. The disadvantages of these tracking meters are either low accuracy of data filtering, due to the divergence of estimates of the state vector with a nonlinear law of change in the monitored phase coordinates ([1]), or high requirements for the computing system in terms of memory size and speed ([2, 3]), or low filtering accuracy when using a tracking meter in wide-range radio engineering systems (RTS) at different values of measurement noise [4].
Из известных технических решений наиболее близким (прототипом) является следящий измеритель с α-β-корректируемым фильтром [5]. Of the known technical solutions, the closest (prototype) is a tracking meter with an α-β-corrected filter [5].
Недостатком этого устройства является низкая точность оценки отслеживаемых координат в случае использования следящего измерителя в широкодиапазонных РТС при разных величинах шумов измерений. Это связано с тем, что шумы измерений в различных частотных диапазонах имеют различные статистические характеристики, существенно отличающиеся друг от друга. Особенностью следящих измерителей, построенных на основе α-β-фильтров, является то, что выбор постоянных коэффициентов, обеспечивающих заданные показатели точности и устойчивости сопровождения отслеживаемых координат, осуществляется для определенных условий функционирования. Если оптимизировать значения этих коэффициентов для работы в одном диапазоне частот, то в другом диапазоне точность оценивания отслеживаемых координат снижается в несколько раз (от 2 до 6, в зависимости от интенсивности шумов измерений). The disadvantage of this device is the low accuracy of the estimation of the tracked coordinates in the case of using a tracking meter in wide-band RTS with different values of the measurement noise. This is due to the fact that the measurement noise in different frequency ranges have different statistical characteristics that differ significantly from each other. A feature of tracking meters built on the basis of α-β filters is that the selection of constant coefficients that provide specified accuracy and stability indicators for tracking coordinates is carried out for certain operating conditions. If we optimize the values of these coefficients for operation in one frequency range, then in another range the accuracy of the estimation of the tracked coordinates decreases several times (from 2 to 6, depending on the intensity of the measurement noise).
Таким образом, задачей изобретения является повышение точности оценки отслеживаемых координат в широкодиапазонных следящих измерителях. Thus, the object of the invention is to improve the accuracy of the assessment of the tracked coordinates in a wide-range tracking meters.
Поставленная задача достигается тем, что в следящий измеритель, содержащий канал оценки отслеживаемой координаты, канал оценки скорости изменения отслеживаемой координаты и блок коррекции отслеживаемых координат, дополнительно введены четыре усилителя (по два в каждый канал) и два коммутатора (по одному в каждый канал), на коммутируемые входы которых подают сигнал, величина которого пропорциональна текущему частотному диапазону работы следящего измерителя. The task is achieved by the fact that four amplifiers (two in each channel) and two switches (one in each channel) are additionally introduced into the tracking meter, which contains a channel for evaluating the monitored coordinate, a channel for estimating the rate of change of the monitored coordinate and a block for correcting the monitored coordinates to the switched inputs of which they give a signal whose value is proportional to the current frequency range of the tracking meter.
На чертеже представлена структурная схема двухдиапазонного следящего измерителя, где 1 - вычитающее устройство, 2 - первый усилитель, 3 - первый коммутатор, 4 - второй усилитель, 5 - третий усилитель, 6 - первый сумматор, 7 - первый блок задержки, 8 - второй сумматор, 9 - первый вычислитель, 10 - первый перемножитель, 11 - второй коммутатор, 12 - четвертый усилитель, 13 - пороговое устройство, 14 - второй вычислитель, 15 - второй перемножитель, 16 - третий коммутатор, 17 - пятый усилитель, 18 - четвертый коммутатор, 19 - шестой усилитель, 20 - седьмой усилитель, 21 - третий сумматор, 22 - второй блок задержки. The drawing shows a structural diagram of a dual-band tracking meter, where 1 is a subtractor, 2 is the first amplifier, 3 is the first switch, 4 is the second amplifier, 5 is the third amplifier, 6 is the first adder, 7 is the first delay unit, 8 is the second adder , 9 - the first calculator, 10 - the first multiplier, 11 - the second switch, 12 - the fourth amplifier, 13 - the threshold device, 14 - the second calculator, 15 - the second multiplier, 16 - the third switch, 17 - the fifth amplifier, 18 - the fourth switch , 19 - the sixth amplifier, 20 - the seventh amplifier, 21 - the third sum Mator 22 - second delay unit.
Функционально двухдиапазонный следящий измеритель состоит из канала оценки отслеживаемой координаты, в состав которого входят последовательно соединенные вычитающее устройство 1, первый усилитель 2, первый коммутатор 3, параллельно соединенные второй 4 и третий 5 усилители, первый сумматор 6, первый блок задержки 7 и второй сумматор 8, канала оценки скорости изменения отслеживаемой координаты, в состав которого входят последовательно соединенные пятый усилитель 17, четвертый коммутатор 18, параллельно соединенные шестой 19 и седьмой 20 усилители, третий сумматор 21, второй блок задержки 22 и четвертый усилитель 12, и блока адаптации к текущим ошибкам экстраполяции, в состав которого входят первый вычислитель 9, второй вычислитель 14, первый 10 и второй 15 перемножители, пороговое устройство 13, второй 11 и третий 16 коммутаторы. The functionally dual-band tracking meter consists of a tracking coordinate estimation channel, which includes serially connected subtractor 1, first amplifier 2, first switch 3, second amplifiers 4 and third 5 connected in parallel, first adder 6, first delay unit 7 and second adder 8 , a channel for assessing the rate of change of the tracked coordinate, which includes a fifth amplifier 17 connected in series, a fourth switch 18, a sixth 19 and a seventh 20 effort connected in parallel ate, the third adder 21, the second delay unit 22 and the fourth amplifier 12, and the adaptation unit to the current extrapolation errors, which includes the first calculator 9, the second calculator 14, the first 10 and the second 15 multipliers, the threshold device 13, the second 11 and the third 16 switches.
Заявленное устройство обеспечивает выполнение следующего алгоритма:
ΔX(k) = Xи(k)-Xэ(k); (3)
Xи(k) = X(k)+ξи(k), (5)
в котором:
X - текущее значение отслеживаемой координаты;
Хэ - экстраполированное на следующий интервал обработки значение отслеживаемой координаты;
Хо - начальное значение отслеживаемой координаты;
Хи - измеренное значение отслеживаемой координаты;
оцененное значение отслеживаемой координаты;
текущее значение скорости изменения отслеживаемой координаты;
начальное значение скорости изменения отслеживаемой координаты;
оцененное значение скорости изменения отслеживаемой координаты;
α и β - постоянные коэффициенты усиления невязки ΔX;
ΔT - интервал обработки;
k - шаг дискретизации;
ξи - шум измерений с известными математическим ожиданием и дисперсией;
uд и uv - корректирующие поправки в каналах оценки отслеживаемой координаты и ее производной, соответственно, вычисляемые в соответствии с выражениями
uд = kру1ΔX,
uv = kру2ΔX. (6)
Переменные коэффициенты усиления Kpy1 и Кру2, входящие в (6), равны
где:
- ΔX0 - допустимая величина ошибки сопровождения отслеживаемой координаты;
- ΔXмакс - максимально допустимая величина ошибки сопровождения отслеживаемой координаты;
- Кд - коэффициент, учитывающий интенсивность шумов измерений, принимающий два различных значения
в зависимости от текущего частотного диапазона работы следящего измерителя. Текущий частотный диапазон работы задается величиной сигнала Пд признака диапазона, вводимого в следящий измеритель из радиотехнической системы и принимающего два значения: Пд=1 - для одного частотного диапазона и Пд=0 - для другого диапазона.The claimed device provides the following algorithm:
ΔX (k) = X and (k) -X e (k); (3)
X and (k) = X (k) + ξ and (k), (5)
in which:
X is the current value of the tracked coordinate;
X e - extrapolated to the next processing interval, the value of the tracked coordinate;
X about - the initial value of the tracked coordinates;
X and - the measured value of the tracked coordinates;
estimated value of the tracked coordinate;
current value of the rate of change of the tracked coordinate;
the initial value of the rate of change of the tracked coordinate;
estimated value of the rate of change of the tracked coordinate;
α and β are the constant gain of the residual ΔX;
ΔT is the processing interval;
k is the sampling step;
ξ and - measurement noise with known mathematical expectation and dispersion;
u d and u v - correcting corrections in the channels for evaluating the tracked coordinate and its derivative, respectively, calculated in accordance with the expressions
u d = k ru1 ΔX,
u v = k ru2 ΔX. (6)
The variable gains K py1 and K ru2 included in (6) are equal to
Where:
- ΔX 0 is the allowable error value for tracking the coordinate being tracked;
- ΔX max - the maximum allowable error value for tracking the coordinate being tracked;
- To d - coefficient taking into account the intensity of the measurement noise, taking two different values
depending on the current frequency range of the tracking meter. The current frequency range of operation is set by the value of the signal P d of the sign of the range entered into the servo meter from the radio system and taking two values: P d = 1 - for one frequency range and P d = 0 - for another range.
Рассмотрим, как происходит формирование значений оценок отслеживаемых координат. За один интервал ΔT до начала работы следящего измерителя по результатам предварительных измерений в каналы оценки отслеживаемой координаты и скорости ее изменения через первый 6 и третий 21 сумматоры вводят начальные значения, соответственно, отслеживаемой координаты Хо и скорости ее изменения Задержанное на один интервал обработки ΔT в первом блоке задержки 7 начальное значение отслеживаемой координаты, в виде оцененного значения отслеживаемой координаты, подают на первый вход второго сумматора 8. Задержанное на один интервал обработки ΔT во втором блоке задержки 22 начальное значение скорости изменения отслеживаемой координаты, в виде оцененного значения скорости изменения отслеживаемой координаты, подают на второй вход третьего сумматора 21 и на вход четвертого усилителя 12, где его усиливают в ΔT раз и подают на второй вход второго сумматора 8. В результате на выходе второго сумматора 8 формируется экстраполированное значение отслеживаемой координаты Хэ (4), которое подают на вторые входы вычитающего устройства 1 и первого сумматора 6.Consider how the formation of values of estimates of the tracked coordinates. For one interval ΔT before the start of the tracking meter according to the results of preliminary measurements, the initial values, respectively, of the tracked coordinate X о and the speed of its change are entered into the channels for evaluating the tracked coordinate and the rate of its change through the first 6 and third 21 The initial value of the monitored coordinate, delayed by one processing interval ΔT in the first delay block 7, in the form of an estimated value of the monitored coordinate is fed to the first input of the second adder 8. The initial value of the rate of change of the monitored coordinate, delayed by one processing interval ΔT in the second delay unit 22, is in the form of an estimated value the rate of change of the monitored coordinate is fed to the second input of the third adder 21 and to the input of the fourth amplifier 12, where it is amplified by ΔT times and fed to the second input of the second adder 8. As a result, the output of the second adder 8 generates an extrapolated value of the monitored coordinate X e (4 ), which is fed to the second inputs of the subtractor 1 and the first adder 6.
При поступлении измеренного значения отслеживаемой координаты Хи (5) на первый вход вычитающего устройства 1 на его выходе формируется невязка измерений ΔX (3), которая поступает на первый 2 и пятый 17 усилители, на вторые входы первого 10 и второго 15 перемножителей, на первый вход первого вычислителя 9 и на пороговое устройство 13. Если величина невязки ΔX (3) не превышает допустимой величины ошибки сопровождения ΔX0, то с выхода порогового устройства 13 управляющие сигналы на второй 11 и третий 16 коммутаторы не поступают. В этом случае невязку измерений ΔX усиливают в α раз в первом усилителе 2 и, либо в 1/Кд1 раз во втором усилителе 4, либо в 1/Кд2 раз в третьем усилителе 5, в зависимости от значения Пд признака диапазона. Если Пд=1, то срабатывает первый коммутатор 3, подключая выход первого усилителя 2 ко входу второго усилителя 4, а на входе третьего усилителя 5 формируют нулевое значение сигнала. Если Пд=0, то первый коммутатор 3 подключает выход первого усилителя 2 ко входу третьего усилителя 5, а на входе второго усилителя 4 формируют нулевое значение сигнала. Таким образом осуществляется адаптация к ошибкам измерителя коэффициента усиления невязки в канале оценки отслеживаемой координаты. В канале оценки скорости изменения отслеживаемой координаты производится аналогичная процедура: в зависимости от значения Пд признака диапазона посредством пятого усилителя 17, четвертого коммутатора 18, шестого 19 и седьмого 20 усилителей невязка ΔX усиливается либо в β/Kд1, либо в β/Kд2 раз. Усиленную таким образом в разных каналах невязку далее соответственно подают на третьи входы первого 6 и третьего 21 сумматоров. На выходе первого сумматора 6 формируется оцененное значение отслеживаемой координаты (1). В канале оценки скорости изменения отслеживаемой координаты на выходе третьего сумматора 21 формируется оцененное значение скорости изменения отслеживаемой координаты (2). Оцененные значения отслеживаемой координаты и скорости ее изменения далее используются потребителями и при формировании экстраполированного значения отслеживаемой координаты Хэ (4) на следующий интервал обработки по вышеописанному алгоритму.Upon receipt of the measured value of the tracked coordinate X and (5) at the first input of the subtractor 1, a measurement residual ΔX (3) is formed at its output, which goes to the first 2 and fifth 17 amplifiers, to the second inputs of the first 10 and second 15 multipliers, to the first the input of the first calculator 9 and to the threshold device 13. If the residual ΔX (3) does not exceed the allowable value of the tracking error ΔX 0 , then the output signals from the threshold device 13 do not receive control signals to the second 11 and third 16 switches. In this case, the residual of measurements ΔX is amplified α times in the first amplifier 2 and either 1 / K d1 times in the second amplifier 4 or 1 / K d2 times in the third amplifier 5, depending on the value of P d of the range attribute. If P d = 1, then the first switch 3 is activated, connecting the output of the first amplifier 2 to the input of the second amplifier 4, and at the input of the third amplifier 5 form a zero signal value. If P d = 0, then the first switch 3 connects the output of the first amplifier 2 to the input of the third amplifier 5, and at the input of the second amplifier 4 form a zero signal value. Thus, adaptation to the errors of the meter of the residual gain in the estimation channel of the tracked coordinate is carried out. In the channel for estimating the rate of change of the coordinate being tracked, a similar procedure is performed: depending on the value of P d of the range attribute, by means of the fifth amplifier 17, fourth switch 18, sixth 19 and seventh 20 amplifiers, the residual ΔX is amplified either in β / K d1 or β / K d2 time. The residual thus amplified in different channels is then respectively fed to the third inputs of the first 6 and third 21 adders. The output of the first adder 6 forms the estimated value of the tracked coordinate (1). In the channel for estimating the rate of change of the tracked coordinate at the output of the third adder 21, an estimated value of the rate of change of the tracked coordinate is generated (2). The estimated values of the tracked coordinate and the rate of change are further used by consumers and in the formation of the extrapolated value of the tracked coordinate X e (4) for the next processing interval according to the above algorithm.
Если величина невязки ΔX (3) в пороговом устройстве 13 превысит допустимую величину ошибки сопровождения ΔX0, то с выхода порогового устройства 13 на второй 11 и третий 16 коммутаторы поступают коммутирующие сигналы. В результате этого на четвертые входы первого 6 и третьего 21 сумматоров поступают соответствующие корректирующие поправки uд и uv (6). Корректирующую поправку uд, для канала оценки отслеживаемой координаты формируют на выходе первого перемножителя посредством умножения невязки ΔX (3) на коэффициент усиления кpy1 (7), вычисленный в первом вычислителе 9. Корректирующую поправку uv для канала оценки скорости изменения отслеживаемой координаты формируют на выходе второго перемножителя 15 посредством умножения невязки ΔX (3) на коэффициент усиления кру2 (8), вычисленный во втором вычислителе 14. Значения коэффициентов кpy1 и кру2 зависят от Пд признака диапазона, поступающего на второй вход первого вычислителя 9. В результате такой коммутации коррекция оцененных значений отслеживаемой координаты (1) и скорости ее изменения (2) будет более интенсивная, адаптируемая как к текущим ошибкам прогноза, так и к текущему частотному диапазону работы следящего измерителя.If the residual value ΔX (3) in the threshold device 13 exceeds the allowable value of the tracking error ΔX 0 , then switching signals are received from the output of the threshold device 13 to the second 11 and third 16 switches. As a result of this, the corresponding corrective corrections u d and u v (6) are received at the fourth inputs of the first 6 and third 21 adders. A correction correction u d , for the channel of estimation of the tracked coordinate, is formed at the output of the first multiplier by multiplying the residual ΔX (3) by the gain to py1 (7) calculated in the first calculator 9. A correction correction u v for the channel of estimation of the rate of change of the tracked coordinate is formed by output of the second multiplier 15 by multiplying the residual ΔX (3) with a gain to py2 (8) calculated in the second calculator 14. values of the coefficients for py1 and py2 are dependent on n d range feature supplied to the in Ora input of the first calculator 9. As a result of such switching correction estimated values of the monitored coordinates (1) and its rate of change (2) it will be more intense, adaptable to both the current forecast errors and the current frequency range of the tracking meter.
Для выполнения заявленного устройства может быть использована элементная база, выпускаемая в настоящее время отечественной промышленностью. To perform the claimed device can be used elemental base, currently produced by domestic industry.
Использование изобретения, по сравнению с прототипом за счет учета ошибок измерителей, позволяет использовать следящий измеритель в широкодиапазонных РТС. Если РТС работает в нескольких диапазонах, то достаточно изменить количество коммутируемых первым 3 и четвертым 18 коммутаторами усилителей, и система будет работать в любом частотном диапазоне при различных шумах измерителей. Проведенное моделирование алгоритмов двухдиапазонного следящего измерителя показало, что точность оценки сопровождаемой координаты в нем практически не зависит от диапазона частоты РТС, тогда как прототип ухудшал свои показатели точности оценивания измеряемых параметров в 2-6 раз в зависимости от интенсивности шумов измерений. The use of the invention, in comparison with the prototype by accounting for the errors of the meters, allows the use of a tracking meter in wide-range RTS. If the RTS operates in several ranges, then it is enough to change the number of amplifiers switched by the first 3 and fourth 18 switches, and the system will work in any frequency range with different noise of the meters. The simulation of the algorithms of the dual-band tracking meter showed that the accuracy of estimating the tracked coordinate in it practically does not depend on the frequency range of the RTS, while the prototype worsened its accuracy of estimation of the measured parameters by 2-6 times depending on the intensity of the measurement noise.
Кроме того, предложенный алгоритм практически не требует ни повышения быстродействия вычислителей, ни увеличения объема памяти. In addition, the proposed algorithm practically does not require either an increase in the speed of computers, or an increase in the amount of memory.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000107983A RU2181899C2 (en) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | Double-range track meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000107983A RU2181899C2 (en) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | Double-range track meter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2181899C2 true RU2181899C2 (en) | 2002-04-27 |
RU2000107983A RU2000107983A (en) | 2003-08-27 |
Family
ID=20232641
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000107983A RU2181899C2 (en) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | Double-range track meter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2181899C2 (en) |
-
2000
- 2000-04-03 RU RU2000107983A patent/RU2181899C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КУЗЬМИН С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Радио и связь, 1986, с.166. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2269206C2 (en) | Method for estimation of doppler distribution/speed in mobile wireless communication devices, variants | |
CN110678717B (en) | Air flow meter | |
RU2181899C2 (en) | Double-range track meter | |
GB2033117A (en) | Gas measurement and analysis system | |
EP3370074B1 (en) | Method for detecting background noise of sensor, and device thereof | |
JP2005017266A (en) | Method and device for radar pluviometry | |
RU2480880C2 (en) | Protection relay and method of its control | |
RU2148836C1 (en) | Servo meter with adaptive filter | |
RU2444038C1 (en) | Digital tracking system | |
RU2435172C1 (en) | Tracking instrument | |
US20040003015A1 (en) | Calculating circuit and method for computing an N-th rooth and a reciprocal of a number | |
RU2156477C1 (en) | Servo meter with correcting filter | |
CN107294625A (en) | Signal power method of estimation and device, receiver | |
RU2253131C1 (en) | Servo meter with manoeuver detector | |
JP5537093B2 (en) | Target detection device | |
Saho | Fundamental properties and optimal gains of a steady-state velocity measured α-β tracking filter | |
Jackiewicz et al. | The numerical solution of functional differential equations, a survey | |
KR101556355B1 (en) | Apparatus and method for calculating an average power | |
JPS59191608A (en) | Improvement in processing through put speed | |
CN111033278B (en) | System and method for improving Root Mean Square (RMS) measurements | |
Fu et al. | A Gaussian-inverse Gamma mixture Distributions and Expectation-Maximization Based Robust Kalman Filter | |
RU2358286C1 (en) | Method of filtering object trajectory parametres device to this end | |
RU2052835C1 (en) | Linear adaptive data processing device | |
KR101712893B1 (en) | Signal detection device for estimation of pulse information of pulse signal and method thereof | |
SU960844A1 (en) | Dispersion determination device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090404 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20100320 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170404 |