RU2218581C2

RU2218581C2 - Method of object detection and tracking

Info

Publication number: RU2218581C2
Application number: RU2002102814A
Authority: RU
Inventors: Б.Г. Беляев; Г.Н. Голубев; В.А. Жибинов
Original assignee: Федеральное государственное предприятие "Научно-исследовательский институт измерительных приборов"
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2003-12-10

Abstract

FIELD: radiolocation. SUBSTANCE: in addition to known method of detection and tracking of object based on adaptive scan of controlled space by radar energy in frequency range of external radio electronic means operating in controlled space is received, angular coordinates β_i,ε_i of direction in which received energy of radio electronic means exceeds threshold level are found, radiation energy of radar in this direction is increased on condition that object is not detected by radar, object is detected and its trajectory is found by means of radar and object is tracked. Object is tracked by angular coordinates β_j,ε_j, measured at time moment t_j on basis of reception of energy of radio electronic means with the help of data on coordinates obtained with the aid of radar at moment nearest to moment t_j;. Coordinates of object are determined more accurately by means of radar in process of tracking if measured angular coordinates of object deviate from extrapolated coordinates above permissible value. With this in mind threshold level is raised in direction with angular coordinates β_i,ε_i, if object in direction with angular coordinates β_i,ε_i, is not detected by increased radiation energy of radar. EFFECT: raised reliability of detection of object, reduced consumption of energy by radar for object tracking. 2 cl

Description

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при разработке перспективных РЛС или при их модернизации. The invention relates to the field of radar and can be used in the development of promising radars or in their modernization.

Для обеспечения контроля воздушного пространства необходимо обнаруживать объект с высокой вероятностью на границе контролируемого пространства, измерять его координаты с требуемой точностью и сопровождать его. Процесс сопровождения объекта начинается после обнаружения траектории объекта и заключается в уточнении параметров траектории, экстраполяции ее параметров на момент следующего измерения, выставки стробов и т.д. (Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Радио и связь, 1986, с. 108, п.3.1; с. 110, 2 абз. [1]). To ensure airspace control, it is necessary to detect an object with a high probability at the border of the controlled space, measure its coordinates with the required accuracy and accompany it. The process of tracking the object begins after detecting the trajectory of the object and consists in refining the parameters of the trajectory, extrapolating its parameters at the time of the next measurement, exhibition of gates, etc. (Kuzmin SZ. Fundamentals of designing systems for digital processing of radar information. - M .: Radio and communications, 1986, p. 108, p. 3.1; p. 110, 2 paragraph. [1]).

Известен способ обнаружения и сопровождения объекта с помощью пассивных многопозиционных систем, использующих облучение объектов за счет энергии внешних радиоэлектронных систем (РЭС), например телецентров или даже источников природного характера: молний, солнца, некоторых звезд (Справочник по радиолокации под ред. Сколника М. - М.: Сов. радио, 1978, т.4, с. 213, последний абз., с. 214, 1-3 абз. [2]). There is a method of detecting and tracking an object using passive multi-position systems that use irradiation of objects due to the energy of external electronic systems (RES), for example, television centers or even sources of a natural nature: lightning, the sun, some stars (Radar Reference edited by Skolnik M. - M .: Sov. Radio, 1978, v. 4, p. 213, last paragraph, p. 214, 1-3 paragraph [2]).

Кроме того, при современном уровне насыщенности территорий радиолокационными станциями каждый воздушный объект с достаточно большой частотой облучается их сигналами. Отраженные объектом сигналы посторонних РЛС могут восприниматься приемными пунктами пассивных систем как шумовые выбросы, поскольку моменты их приема и их параметры будут случайными. In addition, at the current level of saturation of territories with radar stations, every air object is irradiated with a sufficiently high frequency by their signals. The radar signals reflected by the object can be perceived by the receiving points of passive systems as noise emissions, since the moments of their reception and their parameters will be random.

Обнаружение объекта, его траектории и его сопровождение осуществляют за счет приема отраженной объектом энергии внешних источников в разнесенных в пространство точках и совместной обработки сигналов. Detection of an object, its trajectory and its support is carried out by receiving the reflected energy of the object from external sources at points spaced into space and joint signal processing.

Преимущество таких систем состоит в том, что для их функционирования не требуется затрат энергии на облучение объекта, а недостаток в том, что для их реализации необходимо иметь несколько разнесенных приемных позиций с обеспечением системы связи между ними. The advantage of such systems is that their functioning does not require energy costs for irradiating the object, and the disadvantage is that for their implementation it is necessary to have several separated receiving positions with a communication system between them.

Кроме того, системы перестают функционировать при прекращении излучений внешними источниками. In addition, the systems cease to function when the radiation ceases by external sources.

Наиболее распространенный способ обнаружения и сопровождения объекта основан на использовании активной РЛС. Как правило, для этого используют РЛС с игольчатой формой диаграммы направленности антенны в S-диапазоне, например РAT-31S ("Радиоэлектроника за рубежом", 1980, 17, с.23 [3]). Недостаток этого способа состоит в том, что при игольчатом луче концентрация энергии при осмотре каждого направления недостаточна для обнаружения малозаметных объектов, поскольку за короткий период обзора (единицы секунд) требуется осмотреть контролируемое пространство, состоящее из тысяч направлений. Это снижает надежность обнаружения объекта. Увеличить ее можно за счет увеличения потенциала РЛС. Для мобильных РЛС это не представляется возможным. The most common way to detect and track an object is based on the use of an active radar. As a rule, radars with a needle-shaped antenna radiation pattern in the S-band are used for this, for example, RAT-31S (Radio Electronics Abroad, 1980, 17, p.23 [3]). The disadvantage of this method is that with a needle beam, the concentration of energy when examining each direction is not enough to detect subtle objects, because for a short viewing period (few seconds) you need to examine a controlled space consisting of thousands of directions. This reduces the reliability of object detection. It can be increased by increasing the radar potential. For mobile radars, this is not possible.

Наиболее близким техническим решением является способ обнаружения и сопровождения объекта, основанный на адаптивном обзоре контролируемого пространства радиолокационной станцией (РЛС), заключающийся в том, что "в зависимости от результатов предшествующих этапов обзора изменяется либо очередность (порядок), либо время просмотра различных элементов рабочей зоны, либо энергия сигналов, излучаемых при просмотре различных элементов" (Теоретические основы радиолокации под ред. Дулевича В.Е. - М.: Сов. радио, 1978, с. 184, 3 абз. [4]), а при сопровождении объекта также используются результаты предшествующих этапов обзора. Примером реализации этого способа является техническое решение, в котором для контроля воздушного пространства осуществляют обзор контролируемого пространства с помощью РЛС с малым уровнем мощности сигнала. При обнаружении отраженного сигнала в осматриваемое направление излучают сигнал увеличенной мощности, обнаруживают с более высокой надежностью объект и измеряют его координаты (RU 2065175 C1, М. кл. G 01 S 13/95 [5]). The closest technical solution is a method for detecting and tracking an object, based on an adaptive review of the controlled space by a radar station, which consists in the fact that "depending on the results of the previous stages of the review, either the order (order) or the time of viewing various elements of the working area or the energy of the signals emitted when viewing various elements "(Theoretical Foundations of Radar Edited by V. E. Dulevich - M .: Sov. Radio, 1978, p. 184, paragraph 3 [4]), and accompanied by and the object also uses the results of the previous stages of the review. An example of the implementation of this method is a technical solution in which, for airspace control, a survey of the controlled space is carried out using a radar with a low signal power level. When a reflected signal is detected, an increased power signal is emitted in the inspected direction, an object is detected with higher reliability and its coordinates are measured (RU 2065175 C1, M. class G 01 S 13/95 [5]).

Недостатки этого способа состоят в следующем:
- при отсутствии априорных данных о возможности появления объекта в осматриваемом направлении или необнаружении его на предшествующем этапе просмотра, например при пониженном пороге обнаружения сигнала надежность его обнаружения не может быть увеличена;
- при сопровождении объекта этот способ не дает выигрыша по сравнению с распространенным способом, поскольку затраты энергии РЛС будут определяться сигналом увеличенной мощности.The disadvantages of this method are as follows:
- in the absence of a priori data on the possibility of an object appearing in the inspected direction or not detecting it at the previous viewing stage, for example, at a lower threshold for detecting a signal, the reliability of its detection cannot be increased;
- when tracking an object, this method does not give a gain in comparison with the common method, since the radar energy costs will be determined by a signal of increased power.

Заявленное изобретение направлено на увеличение надежности обнаружения объекта и снижение затрат энергии РЛС на его сопровождение. The claimed invention is aimed at increasing the reliability of detecting an object and reducing the cost of radar energy for its maintenance.

Задача решается за счет увеличения энергии излучения РЛС в направлениях, в которых объект при установленном уровне энергии излучения не обнаружен, но обнаружено излучение внешних радиоэлектронных средств (РЭС) и за счет сокращения времени использования РЛС при сопровождении объекта. The problem is solved by increasing the radiation energy of the radar in directions in which the object at a specified level of radiation energy was not detected, but the radiation of external electronic equipment (RES) was detected and by reducing the time of use of the radar when tracking the object.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе обнаружения и сопровождения объекта, основанном на адаптивном обзоре контролируемого пространства радиоэлектронной станцией (РЛС), согласно изобретению дополнительно осуществляют прием энергии в диапазоне частот внешних радиоэлектронных средств (РЭС), работающих в контролируемом пространстве, определяют угловые координаты β_i,ε_i направления, в котором обнаружено превышение принятой энергии РЭС порогового уровня, увеличивают энергию излучения РЛС в этом направлении при условии, что объект РЛС не обнаружен, обнаруживают объект и его траекторию с помощью РЛС и ведут его сопровождение; а также согласно изобретению сопровождают объект по угловым координатам β_i,ε_i, измеренным в момент времени t_j на основе приема энергии РЭС, используя данные о координатах, полученные с помощью РЛС в момент времени, ближайший к моменту t_j, в процессе сопровождения уточняют с помощью РЛС координаты объекта, если измеренные его угловые координаты отклонились от экстраполированных больше, чем на допустимую величину; а также согласно изобретению увеличивают пороговый уровень в направлении с угловыми координатами β_i,ε_i, если в этом направлении при увеличенной энергии излучения РЛС объект не обнаружен.The specified result is achieved by the fact that in the known method of detecting and tracking an object based on an adaptive review of the controlled space by a radio electronic station (radar), according to the invention, energy is additionally received in the frequency range of external radio electronic means (RES) operating in the controlled space, the angular coordinates are determined β _{_i,} ε _i direction in which the detected excess adopted RES threshold energy increase energy in the radar radiation direction when yc ovii that the radar object is detected, the detected object and its trajectory using the radar and lead him support; and also according to the invention, the object is accompanied by the angular coordinates β _i , ε _i measured at time t _j on the basis of reception of the energy of the RES, using the coordinate data obtained using the radar at the time closest to the moment t _j during the tracking process using the radar coordinates of the object, if the measured angular coordinates deviated from the extrapolated more than the allowable value; and also according to the invention, the threshold level is increased in the direction with angular coordinates β _i , ε _i , if an object is not detected in this direction with increased radar radiation energy.

Суть изобретения состоит в следующем. The essence of the invention is as follows.

С помощью РЛС осуществляют адаптивный обзор воздушного пространства. В нормальном режиме работы устанавливают пониженный уровень излучения энергии в каждое осматриваемое направление, позволяющий обнаружить объект с требуемой надежностью на дальности меньшей, чем максимальная. Одновременно с этим с осматриваемого направления дополнительно осуществляют прием энергии в диапазоне внешних РЭС, работающих в контролируемом пространстве, т.е. тех РЭС, которые могут облучать объекты, находящиеся в осматриваемом направлении: энергия телевизионных центров, передатчиков радиосвязи, РЛС. Если уровень энергии РЭС, принятой в направлении с угловыми координатами β_i,ε_i, превысил пороговый уровень, то это может означать появление объекта, отражающего энергию РЭС, т. е. произойдет обнаружение в пассивном режиме. Уровень энергии может характеризоваться, например, числом превышений в единицу времени принимаемым колебанием порогового уровня. Если объект в направлении с угловыми координатами β_i,ε_i с помощью РЛС при пониженном уровне излучения энергии не обнаружен, то в этом направлении увеличивают энергию излучения РЛС до величины, обеспечивающей обнаружение объекта, но в пределах максимально возможного значения. Увеличить энергию излучения РЛС можно за счет либо увеличения энергии сигнала, либо за счет увеличения частоты его излучения, либо за счет замедления скорости перемещения луча антенны, либо за счет совокупности этих мер. Если при увеличенной энергии излучения объект не обнаружен, то принимают решение о ложном обнаружении объекта в пассивном режиме. Для снижения вероятности ложного обнаружения увеличивают пороговый уровень обнаружения энергии РЭС в направлении β_i,ε_i, т.е. выполняют эту операцию аналогично известной операции стабилизации уровня ложной тревоги за счет изменения порога обнаружения сигнала.Using radar, an adaptive airspace survey is carried out. In normal operation, a reduced level of energy emission is established in each direction being inspected, which makes it possible to detect an object with the required reliability at a distance less than the maximum. At the same time, from the inspected direction, energy is additionally received in the range of external RES operating in a controlled space, i.e. those RES that can irradiate objects located in the inspected direction: the energy of television centers, radio transmitters, radar. If the energy level of the RES, taken in the direction with the angular coordinates β _i , ε _i , has exceeded the threshold level, this can mean the appearance of an object reflecting the energy of the RES, i.e., detection will occur in the passive mode. The energy level can be characterized, for example, by the number of excesses per unit time taken by the fluctuation of the threshold level. If the object in the direction with angular coordinates β _i , ε _i using the radar with a reduced level of radiation of energy is not detected, then in this direction the radar radiation energy is increased to a value that ensures the detection of the object, but within the maximum possible value. It is possible to increase the radar radiation energy either by increasing the signal energy, or by increasing the frequency of its radiation, or by slowing the speed of the antenna beam, or due to the combination of these measures. If an object is not detected with increased radiation energy, then a decision is made on the false detection of the object in passive mode. To reduce the likelihood of false detection, increase the threshold level of detection of energy of RES in the direction β _i , ε _i , i.e. perform this operation similarly to the known operation of stabilizing the false alarm level by changing the signal detection threshold.

Если при увеличении энергии излучения РЛС объект обнаружен, то с помощью РЛС измеряют его координаты. If an object is detected with increasing radar radiation energy, then its coordinates are measured using the radar.

При этом в качестве угловых координат берут значения β_i,ε_i, измеренные в пассивном режиме, если точность их измерения не ниже, чем с помощью РЛС, если ниже, то их измеряют в активном режиме и вычисляют поправку относительно β_i,ε_i. Кроме того, с помощью РЛС измеряют дальность до объекта и его скорость.In this case, the values of β _i , ε _i measured in the passive mode are taken as the angular coordinates, if the accuracy of their measurement is not lower than using the radar, if lower, then they are measured in the active mode and the correction is calculated for β _i , ε _i . In addition, using the radar measure the distance to the object and its speed.

После двух или более периодов обзора, в которых выполняют эти операции, обнаруживают траекторию объекта и ведут его сопровождение в пассивном режиме. After two or more review periods in which these operations are performed, the trajectory of the object is detected and its tracking is conducted in passive mode.

Особенность этого способа сопровождения состоит в том, что в пассивном режиме при наличии одного приемного пункта измерить дальность до объекта и его скорость, которые необходимо знать для экстраполяции параметров траектории объекта, не представляется возможным. Поэтому в предлагаемом техническом решении предусматривается расчет текущего значения дальности на основе измерения дальности и скорости объекта с помощью РЛС, которые проведены вначале при обнаружении траектории, а затем в процессе сопровождения, каждый раз, когда измеренные в пассивном режиме угловые координаты объекта отклонились от экстраполированных больше допустимой величины, т.е. берут данные, подученные РЛС в момент времени, ближайший к моменту времени выполнения экстраполяции. Это оказывается возможным, поскольку экстраполяцию координат проводят в соответствии с гипотезой о равномерном и прямолинейном движении объекта ([1] , с. 122, 3 абз. снизу). Если произошло отклонение измеренных угловых координат от экстраполированных, то это может свидетельствовать об отклонении траектории объекта от прямолинейной или об изменении его скорости. В этом случае уточняют координаты объекта с помощью РЛС и уточненные данные используют для экстраполяции дальности до следующего уточнения координат с помощью РЛС. Если объект не маневрирующий, то РЛС при его сопровождении будут использовать эпизодически (не каждый период обзора), что снизит затраты энергии РЛС на сопровождение и в дополнение к выигрышу, который дает адаптивный режим обзора, позволит увеличить энергию ее излучения для повышения надежности обнаружения объекта. A feature of this tracking method is that in the passive mode with one receiving point, it is not possible to measure the distance to the object and its speed, which you need to know to extrapolate the parameters of the object's trajectory. Therefore, the proposed technical solution provides for calculating the current value of the range based on measuring the range and speed of the object using radar, which were carried out first upon detection of the trajectory, and then during tracking, each time when the angular coordinates of the object measured in the passive mode deviated from the extrapolated ones more than the permissible quantities, i.e. take the data obtained by the radar at the time moment closest to the time of the extrapolation. This is possible because the extrapolation of coordinates is carried out in accordance with the hypothesis of uniform and rectilinear motion of an object ([1], p. 122, 3 paragraphs below). If there was a deviation of the measured angular coordinates from the extrapolated ones, then this may indicate a deviation of the object’s trajectory from a straight line or a change in its speed. In this case, the coordinates of the object are refined using the radar and the updated data is used to extrapolate the range until the next refinement of the coordinates using the radar. If the object is not maneuvering, then the radars will be used sporadically (not every review period) to accompany it, which will reduce the radar’s energy costs for tracking and, in addition to the gain provided by the adaptive viewing mode, will increase its radiation energy to increase the reliability of object detection.

Claims

1. A method for detecting and tracking an object, based on an adaptive review of the controlled space by a radar station, characterized in that it additionally receives energy in the frequency range of external electronic equipment (RES) operating in the controlled space, determines the angular coordinates β _i , ε _i direction in which the detected excess adopted RES threshold energy increase energy radar radiation in this direction, provided that the radar object has not been detected, detect The object and its trajectory using the radar and lead him support.

2. The method according to claim 1, characterized in that they accompany the object according to the angular coordinates β _j , ε _j measured at time t _j based on reception of the energy of the RES using data on coordinates obtained using the radar at the time instant closest to moment t _j ; in the process of tracking, the coordinates of the object are clarified using the radar if its measured angular coordinates deviate from the extrapolated more than the allowable value.

3. The method according to claim 1, characterized in that the threshold level is increased in the direction with angular coordinates β _i , ε _i , if an object is not detected in this direction with an increased radar radiation energy.