RU2476904C1 - Method of tracking object and method of generating signal for controlling beam position of transceiver antenna of object tracking system - Google Patents

Method of tracking object and method of generating signal for controlling beam position of transceiver antenna of object tracking system Download PDF

Info

Publication number
RU2476904C1
RU2476904C1 RU2011136101/07A RU2011136101A RU2476904C1 RU 2476904 C1 RU2476904 C1 RU 2476904C1 RU 2011136101/07 A RU2011136101/07 A RU 2011136101/07A RU 2011136101 A RU2011136101 A RU 2011136101A RU 2476904 C1 RU2476904 C1 RU 2476904C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
coordinates
tracking
current
coordinate
Prior art date
Application number
RU2011136101/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Вениаминович Степаничев
Валерий Георгиевич Слугин
Владимир Васильевич Петрушин
Валерий Николаевич Мартынец
Александр Викторович Григоров
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро приборостроения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро приборостроения" filed Critical Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро приборостроения"
Priority to RU2011136101/07A priority Critical patent/RU2476904C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2476904C1 publication Critical patent/RU2476904C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.SUBSTANCE: in the method of tracking an object, the novelty lies in that motion parameters of the object are estimated using a Kalman filter in initial conditions for estimates are set; the current signal-to-noise ratio in the signal received from the object is determined; a signal-to-noise ratio threshold value is set; the signal-to-noise ratio is used to determine the current root-mean-square error of the object coordinate measurement; said value is smoothed out and the obtained error value is used to determine Kalman filter gain constants; the current signal-to-noise ratio value is compared with the threshold and, if it less than the threshold, a feature indicating absence of a signal reflected from the signal is generated and further generation of extrapolated coordinates is carried out based on motion parameter estimates of the object which are stored at the beginning of generation of the feature indicating absence of a received signal, with subsequent correction of values thereof, taking into account reduction in information content of the stored parameters with progression of the current moment in time from the beginning of generation of the feature indicating absence of a signal; and when converting extrapolated coordinates of the object to coordinates for setting the antenna beam for emitting a probe signal, time lag of these coordinates relative the time when coordinates of the object are generated based on the signal received from the object is taken into account. In the method of generating a signal for controlling the beam position of a transceiver antenna of an object tracking system, the novelty lies in that the dynamic elements used to generate the control signal are a Kalman filter in which the model trajectory of the tracked object is given with an s-dimensional state vector of motion parameters, an positive feedback is realised based on the extrapolated coordinate of the object. In the positive feedback circuit, the extrapolated coordinate is delayed by a time equal to the time interval for extrapolating that coordinate.EFFECT: high accuracy of tracking and measuring coordinates of an object.9 cl, 2 dwg

Description

Группа изобретений относится к локационной технике и предназначена для использования в системах автоматического сопровождения объектов.The group of inventions relates to location technology and is intended for use in systems of automatic tracking of objects.

Известен способ сопровождения объекта, включающий излучение зондирующего сигнала и прием отраженного от объекта сигнала, обработку принятого сигнала и формирование в каждой плоскости сопровождения сигнала ошибки сопровождения объекта относительно оси луча приемно-передающего антенного устройства, формирование в соответствии с сигналом ошибки сопровождения сигнала управления положением луча приемно-передающего антенного устройства и непрерывное совмещение оси луча антенного устройства с линией визирования объекта для очередного излучения зондирующего сигнала ([1], B.B.Васин, О.В.Власов и др. Радиолокационные устройства. М.: Советское радио, 1970, стр.313-314, стр.334-339).A known method of tracking an object, including emitting a probe signal and receiving a signal reflected from the object, processing the received signal and generating, in each tracking plane, an object tracking error signal relative to the axis of the beam of the receiving and transmitting antenna device, generating, in accordance with the tracking signal error signal, a receiving position control signal - transmitting antenna device and continuous alignment of the axis of the beam of the antenna device with the line of sight of the object for the next radiation of the probe signal ([1], B.B. Vasin, OVVlasov and other Radar devices. M: Soviet radio, 1970, pp. 313-314, pp. 343-339).

Такой способ сопровождения объекта обладает недостатками, определяемыми низкой скоростью обзора пространства и низкой пропускной способностью, отсутствием многофункциональности и существенными массогабаритными характеристиками, связанными с наличием силовых приводов в системе сопровождения, реализующей этот способ.This method of tracking an object has disadvantages determined by the low speed of viewing the space and low throughput, the lack of multifunctionality and significant weight and size characteristics associated with the presence of power drives in the tracking system that implements this method.

Известен способ формирования сигнала управления положением луча приемно-передающего антенного устройства системы сопровождения объекта, включающий формирование сигнала ошибки сопровождения объекта относительно оси луча приемно-передающего антенного устройства, формирование в соответствии с сигналом ошибки сопровождения сигнала управления устройством поворота приемно-передающего антенного устройства и последующее корректирование этого сигнала управления посредством интегрального регулирования ([2], М.В.Максимов, Г.И.Горгонов. Радиоэлектронные системы самонаведения - М.: Радио и связь, 1982, стр.226-228, стр.235-237).A known method of generating a signal for controlling the position of the beam of the receiving and transmitting antenna device of the object tracking system, including generating an error signal for tracking the object relative to the axis of the beam of the receiving and transmitting antenna device, generating, in accordance with the signal of the error of the tracking signal of the control signal of the rotation device of the receiving and transmitting antenna device, and subsequent correction of this control signal by means of integral regulation ([2], MV Maksimov, GI Gorgonov. Ra ioelektronnye homing - M .: Radio and Communications, 1982, str.226-228, str.235-237).

В таком способе, за счет интегрального регулирования сигнала управления (реализуемого включением в цепь управления системы сопровождения соответствующего числа интеграторов) контуру сопровождения объекта как динамической системе придаются свойства астатизма, обеспечивающие повышение точности отработки входного воздействия, определяемого движением сопровождаемого объекта. Порядок астатизма системы определяется по отношению к производным входного воздействия, так, например, при равноскоростном движении объекта установившаяся ошибка сопровождения будет равна нулю в системах с астатизмом второго порядка ([3], Под ред. А.А.Красовского. Справочник по теории автоматического регулирования. - М.: Наука, 1987, стр.107-113).In this method, due to the integral regulation of the control signal (implemented by the inclusion of an appropriate number of integrators in the control system of the tracking system), the object tracking circuit as a dynamic system is given astatism properties that increase the accuracy of working out the input effect determined by the movement of the accompanied object. The order of astatism of the system is determined with respect to the derivatives of the input action, for example, with an object moving at the same speed, the steady-state tracking error will be zero in systems with second-order astatism ([3], Ed. By A. A. Krasovsky. Reference on the theory of automatic control . - M .: Nauka, 1987, pp. 107-113).

Известный способ обладает недостатками, определяемыми тем, что необходимый порядок астатизма, обеспечивающий требуемую динамическую точность, ограничен возможностями обеспечения устойчивости системы сопровождения, т.к. уже при порядке астатизма выше первого система становится структурно неустойчивой (из-за наличия в канале управления интеграторов), поэтому практически реализуются системы с астатизмом первого или второго порядка. Кроме того, такой способ формирования сигнала управления с обеспечением астатизма контура сопровождения объекта реализуется только при управлении механическим перемещением антенного устройства и его луча в пространстве.The known method has disadvantages, determined by the fact that the necessary order of astatism, providing the required dynamic accuracy, is limited by the possibilities of ensuring the stability of the tracking system, because already with the order of astatism above the first, the system becomes structurally unstable (due to the presence of integrators in the control channel), therefore, systems with first or second order astatism are practically realized. In addition, this method of generating a control signal with the astatism of the object tracking circuit is realized only when controlling the mechanical movement of the antenna device and its beam in space.

Наиболее близким к предлагаемому является способ сопровождения объекта, включающий дискретные излучение зондирующего сигнала и прием отраженного от объекта сигнала, обработку принятого сигнала с одновременным стробированием по дальности и формирование в каждой плоскости сопровождения сигнала ошибки сопровождения объекта относительно оси луча приемно-передающего антенного устройства, формирование с учетом сигналов ошибок сопровождения координат объекта в системе координат приемно-передающего антенного устройства и преобразование их в прямоугольные координаты относительно опорного направления, оценку по ним параметров движения объекта и выработку экстраполированных координат объекта, преобразование экстраполированных координат объекта в систему координат приемно-передающего антенного устройства и электронное управление по ним лучом антенного устройства в направлении очередного излучения зондирующего сигнала ([4], С.З.Кузьмин. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Радио и связь, 1986, стр.212-217, стр.160-164).Closest to the proposed one is a method of tracking an object, including discrete radiation of a probing signal and receiving a signal reflected from the object, processing the received signal with simultaneous gating in range and generating, in each tracking plane, a signal for tracking an object with respect to the axis of the beam of the receiving and transmitting antenna device, taking into account the error signals of tracking the coordinates of the object in the coordinate system of the receiving and transmitting antenna device and converted e them into rectangular coordinates relative to the reference direction, estimating object motion parameters from them and generating extrapolated object coordinates, converting the extrapolated object coordinates to the coordinate system of the receiving and transmitting antenna device and electronically controlling the beam of the antenna device along them in the direction of the next radiation of the probe signal ([4 ], SZ Kuzmin, Fundamentals of Designing Systems for Digital Processing of Radar Information. - M.: Radio and Communications, 1986, pp. 212-217, pp. 160-164).

Такой способ основан на использовании для сопровождения объекта антенны с немеханическим перемещением в пространстве ее луча, так называемой фазированной антенной решетки (ФАР) с электронным управлением положением луча по направлению, что позволяет обеспечить многофункциональность и повысить эффективность сопровождения объекта.This method is based on the use of an antenna with non-mechanical movement in the space of its beam for tracking an object, the so-called phased antenna array (PAR) with electronic control of the beam position in the direction, which allows for multifunctionality and an increase in the tracking efficiency of the object.

В известном способе для оценки параметров движения объекта (фильтрации его измеренных координат) параметры фильтра задаются заранее, на этапе проектирования, исходя из априорно принятых значений ошибок измерения координат и условной вероятности возможных эволюции в движении сопровождаемого объекта. При этом не учитываются конкретные текущие условия сопровождения: положение, вид и параметры движения объекта в момент начала его сопровождения, а также возможные изменения величины шумовой ошибки измерения координат в процессе сопровождения. При низком уровне принимаемого отраженного сигнала от объекта (в зависимости от дальности до объекта, его отражающих свойств, метеоусловий и т.п.), характеризуемого соотношением сигнал-шум, процесс формирования координат объекта может стать недостоверным или вообще прерываться. При этом измеренные координаты объекта и соответственно координаты установки луча ФАР имеют большие погрешности, а момент завязки траектории сопровождения и переходы из состояния оценки координат в состояние их экстраполяции сопровождаются длительными переходными процессами. Так как при этом операции сопровождения не имеют "памяти" и не учитывают уменьшение информативности ретроспективных измерений координат, то при прерываниях сигнала (при возможных помехах, флуктуациях и замираниях отраженного сигнала т.п.) теряется накопленная информации о движении объекта и снижается точность прогноза из-за «устаревания» полученных оценок координат. Поэтому последующая установка луча в направлении объекта осуществляется с погрешностью, что приводит к увеличению ошибки сопровождения или к срыву сопровождения объекта. В силу ограниченности вычислительных ресурсов системы сопровождения момент планирования нового положения луча для излучения зондирующего сигнала имеет временное запаздывание относительно момента времени формирования координат объекта по измеренному отраженному сигналу, которое при подвижной линии визирования объекта или подвижном носителе ФАР также приводит к дополнительной погрешности измерения координат. Указанные обстоятельства и определяют недостатки известного способа сопровождения объекта.In the known method for evaluating the parameters of the object’s movement (filtering its measured coordinates), the filter parameters are set in advance, at the design stage, based on the a priori accepted values of the coordinate measurement errors and the conditional probability of possible evolution in the movement of the accompanied object. In this case, specific current conditions of tracking are not taken into account: the position, type and parameters of the object’s movement at the moment of its tracking, as well as possible changes in the magnitude of the noise error of coordinate measurement during tracking. At a low level of the received reflected signal from the object (depending on the distance to the object, its reflecting properties, weather conditions, etc.), characterized by the signal-to-noise ratio, the process of forming the coordinates of the object may become unreliable or even interrupted. At the same time, the measured coordinates of the object and, accordingly, the coordinates of the AFR beam setup have large errors, and the moment of tying of the tracking trajectory and transitions from the state of coordinate estimation to the state of their extrapolation are accompanied by lengthy transient processes. Since in this case the tracking operations do not have a “memory” and do not take into account the decrease in the information content of retrospective coordinate measurements, when the signal is interrupted (with possible interference, fluctuations, and fading of the reflected signal, etc.), the accumulated information about the movement of the object is lost and the forecast accuracy from -for the "obsolescence" of the obtained coordinate estimates. Therefore, the subsequent installation of the beam in the direction of the object is carried out with an error, which leads to an increase in the tracking error or to the failure of the tracking of the object. Due to the limited computing resources of the tracking system, the moment of planning a new beam position for the emission of the probing signal has a time lag relative to the instant of formation of the object’s coordinates from the measured reflected signal, which, with a moving line of sight of the object or a moving headlamp carrier, also leads to an additional error of coordinate measurement. These circumstances determine the disadvantages of the known method of tracking an object.

Наиболее близким к предлагаемому является способ формирования сигнала управления положением объекта, включающий формирование ошибки управления, представляющей собой разностный сигнал между сигналом задающего воздействия и сигналом выходной координаты объекта управления, формирование в соответствии с этим сигналом ошибки сигнала управления положением объекта, организацию цепи положительной обратной связи, охватывающей динамические звенья, предназначенные для формирования управляющего сигнала, и выбор передаточной функции корректирующего звена в цепи положительной обратной связи в соответствии с передаточной функцией динамических звеньев в прямой цепи формирования управляющего сигнала ([5], Я.З.Цыпкин. Основы теории автоматических систем. - М.: Наука, 1977, стр.76-77, стр.123-128).Closest to the proposed one is a method of generating a control signal for the position of the object, including generating a control error, which is a differential signal between the signal of the driving signal and the signal of the output coordinate of the control object, generating, in accordance with this signal, an error in the signal for controlling the position of the object, organizing a positive feedback circuit, embracing dynamic links intended for the formation of a control signal, and the choice of the transfer function link in the chain of positive feedback in accordance with the transfer function of the dynamic links in the direct chain of the control signal formation ([5], Ya.Z. Tsypkin. Fundamentals of the theory of automatic systems. - M .: Nauka, 1977, pp. 76-77, pg. 123-128).

Известный способ формирования сигнала управления обеспечивает повышение астатизма контура управления объектом до первого порядка, т.е. такая система будет иметь нулевую установившеюся ошибку при постоянном значении задающего воздействия. Однако динамические свойства контура с астатизмом первого порядка не обеспечивают требуемые точностные характеристики сопровождения подвижных объектов, когда задающие воздействия на систему их сопровождения изменяются с определенными скоростями и ускорениями, т.е. система сопровождения реальных объектов для обеспечения требуемой точности должна иметь порядок астатизма выше первого. Таким образом, известный способ обеспечивает низкую точность сопровождения реальных подвижных объектов.The known method of generating a control signal provides an increase in the astatism of the control loop of the object to the first order, i.e. such a system will have a zero steady-state error with a constant value of the driving action. However, the dynamic properties of a contour with first-order astatism do not provide the required accuracy characteristics of tracking moving objects, when the targeting effects on their tracking system change with certain speeds and accelerations, i.e. a system for tracking real objects to ensure the required accuracy should have an astatism order higher than the first. Thus, the known method provides low accuracy tracking of real moving objects.

Общим недостатком указанных технических решений является низкая точность сопровождения в условиях неопределенности динамики движения объекта и изменяющейся энергетики отраженного от объекта сигнала, что приводит к снижению точностных характеристик измерения координат объекта и уменьшению потенциальной зоны работы системы сопровождения.A common drawback of these technical solutions is the low accuracy of tracking under conditions of uncertainty in the dynamics of the movement of the object and the changing energy of the signal reflected from the object, which leads to a decrease in the accuracy of measuring the coordinates of the object and a decrease in the potential area of the tracking system.

Задачей предлагаемой группы изобретений является повышение точности сопровождения и измерения координат объекта.The objective of the proposed group of inventions is to increase the accuracy of tracking and measuring the coordinates of the object.

Поставленная задача решается тем, что в способе сопровождения объекта, включающем дискретные излучение зондирующего сигнала и прием отраженного от объекта сигнала, обработку принятого сигнала с одновременным стробированием по дальности и формирование в каждой плоскости сопровождения сигнала ошибки сопровождения объекта относительно оси луча приемно-передающего антенного устройства, формирование с учетом сигналов ошибок сопровождения координат объекта в системе координат приемно-передающего антенного устройства и преобразование их в прямоугольные координаты относительно опорного направления, оценку по ним параметров движения объекта и выработку экстраполированных координат объекта, преобразование экстраполированных координат в систему координат приемно-передающего антенного устройства и электронное управление по ним лучом антенного устройства в направлении очередного излучения зондирующего сигнала, новым является то, что оценку параметров движения объекта и выработку экстраполированных координат объекта проводят с использованием фильтра Калмана, содержащего модель траектории сопровождаемого объекта, задают в момент начала сопровождения начальные условия для оценок параметров движения объекта в фильтре Калмана, определяют текущее соотношение сигнал-шум в принимаемом отраженном сигнале от объекта, устанавливают пороговое значение соотношения сигнал-шум, определяют в соответствии с величиной соотношения сигнал-шум текущее значение среднеквадратической ошибки измерения координат объекта, проводят текущее сглаживание значения среднеквадратической ошибки измерения координат объекта, определяют коэффициенты усиления фильтра Калмана с учетом текущего сглаженного значения среднеквадратической ошибки измерения координат объекта, сравнивают текущее значение соотношения сигнал-шум с установленным пороговым значением соотношения сигнал-шум и, если текущее значение соотношения сигнал-шум меньше порогового значения, то формируют признак отсутствия принимаемого от объекта отраженного сигнала и далее при наличии этого признака выработку экстраполированных координат объекта осуществляют по оценкам параметров движения объекта, запомненным на момент времени начала формирования признака отсутствия принимаемого сигнала, с последующей текущей коррекцией их значений, учитывающей снижение информативности запомненных оценок параметров движения по мере удаления текущего момента времени от момента начала формирования признака отсутствия принимаемого сигнала, а при преобразовании экстраполированных координат объекта в координаты для установки луча приемно-передающего антенного устройства для излучения зондирующего сигнала учитывают временное запаздывание формирования экстраполированных координат относительно момента времени формирования координат объекта по принятому отраженному сигналу от объекта.The problem is solved in that in the method of tracking the object, including discrete radiation of the probe signal and receiving the signal reflected from the object, processing the received signal with simultaneous gating in range and the formation in each tracking plane of the tracking signal of the tracking object relative to the axis of the beam of the receiving and transmitting antenna device, the formation, taking into account the error signals, of tracking the coordinates of the object in the coordinate system of the receiving and transmitting antenna device and conversion them into rectangular coordinates relative to the reference direction, estimating object motion parameters from them and generating extrapolated coordinates of the object, converting the extrapolated coordinates to the coordinate system of the receiving and transmitting antenna device and electronically controlling the beam of the antenna device in the direction of the next radiation of the probing signal, is new that the assessment of the parameters of the object’s movement and the generation of extrapolated coordinates of the object is carried out using a Kalman filter the model of the trajectory of the tracked object, set at the moment of tracking start the initial conditions for estimating the motion parameters of the object in the Kalman filter, determine the current signal-to-noise ratio in the received reflected signal from the object, set the threshold value of the signal-to-noise ratio, determine in accordance with the value of the signal ratio -noise the current value of the mean square error of measuring the coordinates of the object, conduct the current smoothing of the values of the mean square error of measuring the coordinates of the object kta, determine the Kalman filter gains taking into account the current smoothed value of the mean square error of measuring the coordinates of the object, compare the current value of the signal-to-noise ratio with a set threshold value of the signal-to-noise ratio and, if the current value of the signal-to-noise ratio is less than the threshold value, then a sign of absence the reflected signal received from the object and then, in the presence of this sign, the generation of extrapolated coordinates of the object is carried out according to estimates of the motion parameters of the object, memorized at the time of the start of formation of the sign of the absence of the received signal, followed by the current correction of their values, taking into account the decrease in the information content of the stored estimates of the motion parameters as the current moment moves away from the moment of the start of the formation of the sign of the absence of the received signal, and when the extrapolated coordinates of the object are converted to the coordinates for setting the beam of the receiving and transmitting antenna device for the emission of the probing signal take into account the time delay The building of the formation of extrapolated coordinates relative to the instant of formation of the object’s coordinates according to the received reflected signal from the object.

В предлагаемом способе сопровождения объекта задают начальные условия для оценок параметров движения объекта по координатам, равные значениям соответствующих координат, сформированных по первому измерению координат сопровождаемого объекта, и по производным координат равные значениям соответствующих производных координат сопровождаемого объекта, получаемых от внешнего источника или по априорным данным производных координат объекта.In the proposed method of tracking an object, initial conditions are set for estimating the parameters of the object’s movement by coordinates, equal to the values of the corresponding coordinates formed by the first measurement of the coordinates of the tracked object, and by the derivatives of the coordinates equal to the values of the corresponding derivatives of the coordinates of the tracked object, obtained from an external source or from a priori data of derivatives coordinates of the object.

В предлагаемом способе сопровождения объекта текущее значение среднеквадратической ошибки измерения координат объекта σφ[n] определяют по соотношениюIn the proposed method of tracking an object, the current value of the mean square error of measuring the coordinates of the object σ φ [n] is determined by the ratio

Figure 00000001
Figure 00000001

где Θ0 - ширина диаграммы направленности луча приемно-передающего антенного устройства;where Θ 0 is the width of the beam pattern of the receiving and transmitting antenna device;

q0[n] - текущее соотношение сигнал-шум принимаемого отраженного сигнала от объекта;q 0 [n] is the current signal-to-noise ratio of the received reflected signal from the object;

kз - коэффициент запаса, учитывающий отклонение значения ошибки сопровождения объекта от значения ошибки, определяемой потенциальной точностью системы сопровождения;k s - safety factor, taking into account the deviation of the value of the tracking error of the object from the error value determined by the potential accuracy of the tracking system;

n - текущий номер дискретного шага сопровождения по времени, n=1, 2, 3, ….n is the current number of the discrete time tracking step, n = 1, 2, 3, ....

В предлагаемом способе сопровождения объекта сглаживание текущего значения среднеквадратической ошибки измерения координат объекта проводят дискретным фильтром низких частот, определяемым соотношениемIn the proposed method of tracking an object, smoothing the current value of the mean square error of measuring the coordinates of the object is carried out by a discrete low-pass filter, determined by the ratio

Figure 00000002
Figure 00000002

с начальным условиемwith initial condition

Figure 00000003
Figure 00000003

задаваемым также каждый раз в момент возобновления признака наличия принимаемого от объекта отраженного сигнала после его отсутствия,also set each time at the time of renewal of the sign of the presence of the reflected signal received from the object after its absence,

где

Figure 00000004
- текущее значение сглаженной среднеквадратической ошибки измерения координат объекта - выходной сигнал;Where
Figure 00000004
- the current value of the smoothed mean square error of measuring the coordinates of the object is the output signal;

а σ - коэффициент, задающий полосу пропускания фильтра; and σ is the coefficient defining the passband of the filter;

σφ[n] - текущее значение среднеквадратической ошибки измерения координат объекта - входной сигнал;σ φ [n] is the current value of the standard error of the measurement of the coordinates of the object is the input signal;

kc[n] - коэффициент, равныйk c [n] - coefficient equal to

Figure 00000005
Figure 00000005

n - текущий номер дискретного шага сопровождения, n=1, 2, 3, ….n is the current number of the discrete tracking step, n = 1, 2, 3, ....

В предлагаемом способе сопровождения объекта в фильтре Калмана модель траектории сопровождаемого объекта задают с трехмерным вектором состояния параметров движения, определяемую по каждой прямоугольной координате соотношениямиIn the proposed method of tracking an object in the Kalman filter, the model of the trajectory of the tracked object is set with a three-dimensional vector of the state of the motion parameters, determined by each rectangular coordinate by the relations

Figure 00000006
Figure 00000006

где х[n],

Figure 00000007
,
Figure 00000008
- текущие параметры траектории объекта, соответственно координата, скорость и ускорение, образующие трехмерный вектор состояния параметров движенияwhere x [n]
Figure 00000007
,
Figure 00000008
- current parameters of the trajectory of the object, respectively, coordinate, speed and acceleration, forming a three-dimensional vector of the state of motion parameters

Figure 00000009
;
Figure 00000009
;

T0 - временной шаг измерения координат объекта;T 0 - time step for measuring the coordinates of the object;

n - текущий номер дискретного шага, n=1, 2, 3, ….n is the current number of the discrete step, n = 1, 2, 3, ....

В предлагаемом способе сопровождения объекта выработку экстраполированных координат объекта при наличии признака отсутствия принимаемого от объекта отраженного сигнала осуществляют в соответствии с соотношениями для каждой прямоугольной координатыIn the proposed method of tracking an object, the generation of extrapolated coordinates of the object in the presence of a sign of the absence of a reflected signal received from the object is carried out in accordance with the ratios for each rectangular coordinate

Figure 00000010
Figure 00000010

где хЭ[n],

Figure 00000011
,
Figure 00000012
- соответственно текущие экстраполированные координата, скорость и ускорение объекта;where x e [n],
Figure 00000011
,
Figure 00000012
- respectively, the current extrapolated coordinate, speed and acceleration of the object;

Figure 00000013
,
Figure 00000014
,
Figure 00000015
- соответственно оценки координаты, скорости и ускорения объекта, запомненные на момент времени начала формирования признака отсутствия принимаемого от объекта отраженного сигнала;
Figure 00000013
,
Figure 00000014
,
Figure 00000015
- accordingly, estimates of the coordinate, speed and acceleration of the object, stored at the time point of the beginning of the formation of the sign of the absence of the reflected signal received from the object;

τ0 - временной шаг экстраполяции координат;τ 0 - time step of extrapolation of coordinates;

kИ[n] - весовой коэффициент, учитывающей снижение информативности оценок координат по мере удаления текущего момента времени от момента начала формирования признака отсутствия принимаемого сигнала, kИ=1 при наличии признака принимаемого сигнала и 0≤kИ<1 при отсутствии признака принимаемого сигнала;k AND [n] is a weighting factor that takes into account the decrease in the information content of coordinate estimates as the current time moves away from the moment the formation of the sign of the absence of the received signal begins, k И = 1 in the presence of the sign of the received signal and 0≤k AND <1 in the absence of the sign of the received signal ;

n - текущий номер дискретного шага сопровождения по времени, n=1, 2, 3, …n is the current number of the discrete time tracking step, n = 1, 2, 3, ...

В предлагаемом способе сопровождения объекта временное запаздывание формирования экстраполированных координат объекта относительно момента времени формирования координат по принятому отраженному сигналу от объекта учитывают посредством поправки угловых экстраполированных координат на величину Δφ, определяемую в каждой плоскости сопровождения соотношениемIn the proposed method of tracking an object, the time lag of forming the extrapolated coordinates of the object relative to the time of the formation of coordinates according to the received reflected signal from the object is taken into account by adjusting the angular extrapolated coordinates by the value Δφ, determined in each tracking plane by the ratio

Figure 00000016
Figure 00000016

где

Figure 00000017
- текущая угловая скорость перемещения оси приемно-передающего антенного устройства в соответствующей плоскости сопровождения;Where
Figure 00000017
- the current angular velocity of the axis of the receiving and transmitting antenna device in the corresponding tracking plane;

Δt - временная задержка экстраполированных координат объекта относительно момента времени формирования координат объекта по принятому отраженному сигналу от объекта;Δt is the time delay of the extrapolated coordinates of the object relative to the instant of formation of the coordinates of the object according to the received reflected signal from the object;

n - текущий номер дискретного шага сопровождения по времени, n=1, 2, 3, ….n is the current number of the discrete time tracking step, n = 1, 2, 3, ....

Поставленная задача решается также тем, что в способе формирования сигнала управления положением луча приемно-передающего антенного устройства системы сопровождения объекта, включающем в каждой плоскости сопровождения дискретные формирование сигнала ошибки сопровождения объекта относительно оси луча приемно-передающего антенного устройства, формирование с учетом этого сигнала ошибки сигнала управления положением луча приемно-передающего антенного устройства, организацию цепи положительной обратной связи, охватывающей динамические звенья, предназначенные для формирования управляющего сигнала, новым является то, что в качестве динамических звеньев для формирования управляющего сигнала положением луча приемно-передающего антенного устройства используют фильтр Калмана, в котором модель траектории сопровождаемого объекта задают с s-мерным вектором состояния параметров движения, а положительную обратную связь осуществляют по экстраполированной координате объекта сопровождения с выхода фильтра Калмана, причем в цепи положительной обратной связи осуществляют задержку экстраполированной координаты на время, равное интервалу времени экстраполяции этой координаты.The problem is also solved by the fact that in the method of generating a signal for controlling the position of the beam of the receiving and transmitting antenna device of the object tracking system, including discrete generation of an object tracking error signal relative to the beam axis of the receiving and transmitting antenna device in each tracking plane, generating signal errors with this signal control of the position of the beam of the receiving and transmitting antenna device, organization of a positive feedback circuit spanning the The links designed for generating a control signal are new because the Kalman filter is used as dynamic links for generating a control signal by the position of the beam of the receiving and transmitting antenna device, in which the model of the trajectory of the tracked object is specified with the s-dimensional state vector of the motion parameters, and positive feedback is carried out according to the extrapolated coordinate of the tracking object from the output of the Kalman filter, and in the positive feedback circuit the delay of the extrapolated coordinate by a time equal to the time interval of extrapolation of this coordinate.

В предлагаемом способе формирования сигнала управления положением луча приемно-передающего антенного устройства системы сопровождения объекта в фильтре Калмана модель траектории сопровождаемого объекта задают с трехмерным вектором состояния параметров движения, определяемую по каждой координате сопровождения соотношениямиIn the proposed method for generating a signal for controlling the position of the beam of the receiving and transmitting antenna device of the object tracking system in the Kalman filter, the model of the trajectory of the tracked object is set with a three-dimensional vector of the state of the motion parameters, determined by each tracking coordinate by the relations

Figure 00000018
Figure 00000018

где ϑ[n],

Figure 00000019
,
Figure 00000020
- текущие параметры траектории объекта, соответственно координата, скорость и ускорение, образующие трехмерный вектор состояния параметров движенияwhere ϑ [n],
Figure 00000019
,
Figure 00000020
- current parameters of the trajectory of the object, respectively, coordinate, speed and acceleration, forming a three-dimensional vector of the state of motion parameters

Figure 00000021
;
Figure 00000021
;

T0 - временной шаг измерения координат объекта;T 0 - time step for measuring the coordinates of the object;

n - текущий номер дискретного шага, n=1, 2, 3, ….n is the current number of the discrete step, n = 1, 2, 3, ....

Введение новых операций и их связей позволило по сравнению с известными способами повысить точность сопровождения и измерения координат объекта, помехозащищенность сопровождения, особенно, при сопровождении динамичных объектов при интенсивных шумах измерения их координат и слабом по уровню принимаемом отраженном сигнале, а также реализовать астатические свойства высокого порядка контура сопровождения при использовании ФАР с электронным управлением ее лучом.The introduction of new operations and their relationships made it possible, in comparison with known methods, to increase the accuracy of tracking and measuring the coordinates of an object, the noise immunity of tracking, especially when tracking dynamic objects with intense noise, measuring their coordinates and a weak reflected signal, and also realizing high-order astatic properties tracking circuit when using a headlamp with electronic control of its beam.

Схема, поясняющая предлагаемый способ сопровождения объекта, представлена на фиг.1, а способ формирования сигнала управления положением луча (для одной плоскости сопровождения) - на фиг.2, на которой обозначено:A diagram explaining the proposed method for tracking an object is shown in FIG. 1, and a method for generating a beam position control signal (for one tracking plane) is shown in FIG. 2, which indicates:

12, 13, 15 - сумматоры;12, 13, 15 - adders;

14 - блок коэффициентов усиления фильтра Калмана;14 - block gain of the Kalman filter;

ООС - отрицательная обратная связь;OOS - negative feedback;

ПОС - положительная обратная связь;PIC - positive feedback;

δε - ошибка сопровождения объекта относительно оси луча приемно-передающего антенного устройства;δε is the tracking error of the object relative to the axis of the beam of the receiving and transmitting antenna device;

Figure 00000022
- измеренная координата объекта сопровождения;
Figure 00000022
- the measured coordinate of the tracking object;

Figure 00000023
- вектор оценок параметров движения объекта;
Figure 00000023
- a vector of estimates of the parameters of the movement of the object;

ΘЭ[n] - вектор экстраполированных параметров движения объекта;Θ e [n] - the vector extrapolated parameters of the object;

ϑЭ[n] - экстраполированная координата объекта сопровождения.ϑ Э [n] - extrapolated coordinate of the tracking object.

На фиг.2 двойная стрелка обозначает векторную связь, одинарная стрелка - скалярную связь.In Fig. 2, a double arrow denotes a vector connection, a single arrow denotes a scalar connection.

Способ сопровождение объекта заключается в следующем. Луч приемно-передающего антенного устройства системы сопровождения в текущий момент времени t[n], где n - номер такта с темпом Т0, устанавливается в направлении углов εц[n] и βц[n] ожидаемого положения объекта для очередного излучения зондирующего сигнала, где εц[n], βц[n] - соответственно угол места и азимут объекта в системе координат антенны сопровождения объекта, полученные по предшествующим измерениям и обработке координат, а первоначально (при n=1) от внешнего источника целеуказания (например, обнаружителя объекта). Осуществляется излучение зондирующего сигнала, прием и обработка отраженного сигнала от объекта и формирование в соответствующих плоскостях сопровождения сигналов ошибок сопровождения объекта δε[n] и δβ[n] относительно оси луча приемно-передающего антенного устройства (т.е. угловых координат объекта относительно оси луча антенны) с одновременным стробированием по дальности Д[n] до объекта. В процессе приема отраженного от объекта сигнала и измерения координат δε[n] и δβ[n] определяют по известной методике ([1], стр.97-98) текущее соотношение сигнал-шум q0[n] в принимаемом отраженном сигнале. Предварительно, до начала сопровождения устанавливают пороговое значение q0Пор соотношения сигнал-шум, ниже которого координаты объекта, формируемые по принятому отраженному сигналу, считаются недостоверными или отсутствующими вовсе. Количественно пороговое значение соотношения сигнал-шум q0Пор устанавливают исходя из допустимого значения вероятности ложной тревоги при обнаружении сигнала от объекта.The way to maintain the facility is as follows. The beam of the receiving and transmitting antenna device of the tracking system at the current time t [n], where n is the measure number with a tempo T 0 , is set in the direction of the angles ε c [n] and β c [n] of the expected position of the object for the next radiation of the probe signal , where ε c [n], β c [n] are the elevation angle and azimuth of the object in the coordinate system of the tracking antenna obtained from previous measurements and coordinate processing, and initially (at n = 1) from an external source of target designation (for example, object detector). The probe signal is emitted, the reflected signal from the object is received and processed, and the object tracking error signals δε [n] and δβ [n] are generated in the corresponding tracking planes relative to the beam axis of the receiving and transmitting antenna device (ie, the angular coordinates of the object relative to the beam axis antenna) with simultaneous gating along the range D [n] to the object. In the process of receiving the signal reflected from the object and measuring the coordinates δε [n] and δβ [n], the current signal-to-noise ratio q 0 [n] in the received reflected signal is determined by a known method ([1], pp. 97-98). Preliminarily, before the start of tracking, a threshold value q 0 is established . The signal-to-noise ratio pore below which the object coordinates formed by the received reflected signal are considered unreliable or absent altogether. Quantitatively, the threshold value of the signal-to-noise ratio q 0 Pore is set based on the admissible value of the probability of false alarm when a signal from an object is detected.

Затем в соответствии с соотношением (1) по полученному значению соотношения сигнал-шум q0[n] формируют текущее значение среднеквадратической ошибки (СКО) измерения координат объекта σφ[n] ([1], стр.314), где коэффициент запаса kз устанавливают из диапазона значений kз≈1…3, которое сглаживается фильтром нижних частот первого порядка в соответствии с соотношением (2) до текущего значения

Figure 00000024
. Сглаживание среднеквадратической ошибки измерения координат проводят с учетом возможных прерываний измерений координат объекта, определяемых по критерию непревышения текущего значения сигнал-шум q0[n] установленного порогового значения q0Пор, посредством управления коэффициентом kc[n] в соответствии с соотношением (4), а также переприсвоением начальных условий (3) на сглаживающем фильтре после восстановления процесса измерения координат.Then, in accordance with relation (1), based on the obtained signal-to-noise ratio q 0 [n], the current value of the mean square error (RMS) of measuring the coordinates of the object σ φ [n] is formed ([1], p. 314), where the safety factor k h set from the range of values of k s ≈ 1 ... 3, which is smoothed by a low-pass filter of the first order in accordance with relation (2) to the current value
Figure 00000024
. The root-mean-square error of the coordinate measurement is smoothed out taking into account possible interruptions in the measurements of the object’s coordinates, determined by the criterion of not exceeding the current signal-to-noise value q 0 [n] of the established threshold value q 0 Pore, by controlling the coefficient k c [n] in accordance with relation (4), as well as reassignment of initial conditions (3) on the smoothing filter after restoration of the coordinate measurement process.

Проводится формирование угловых координат объекта εа[n], βa[n] в системе координат антенны сопровождения (например, в биконической системе координат) как суммы измеренных соответствующих координат ошибок δε[n], δβ[n] и координат положения луча εц[n], βц[n]The angular coordinates of the object ε a [n], β a [n] are generated in the coordinate system of the tracking antenna (for example, in a biconical coordinate system) as the sum of the measured corresponding error coordinates δε [n], δβ [n] and the coordinates of the beam position ε c [n], β c [n]

Figure 00000025
Figure 00000025

Угловые координаты εа[n], βa[n], с учетом измеренной дальности Д[n] до объекта, преобразуются в прямоугольные координаты ха[n], ya[n], za[n] в системе координат антенны сопровождения по соотношениямThe angular coordinates ε a [n], β a [n], taking into account the measured distance D [n] to the object, are converted into rectangular coordinates x a [n], y a [n], z a [n] in the antenna coordinate system ratio tracking

Figure 00000026
Figure 00000026

и далее, с учетом углового положения ε0 установки оси приемно-передающего антенного устройства относительно выбранного опорного направления (например, плоскости основания носителя антенного устройства) в прямоугольные координаты х[n], y[n], z[n] в системе координат системы сопровождения объектаand further, taking into account the angular position ε 0 of the installation of the axis of the receiving and transmitting antenna device relative to the selected reference direction (for example, the base plane of the carrier of the antenna device) in the rectangular coordinates x [n], y [n], z [n] in the coordinate system of the system object tracking

Figure 00000027
Figure 00000027

Затем осуществляют оценку текущих параметров движения объекта, под которыми понимаются фильтрованные прямоугольные координаты объекта

Figure 00000028
,
Figure 00000029
,
Figure 00000030
и их первые
Figure 00000031
,
Figure 00000032
,
Figure 00000033
, вторые
Figure 00000034
,
Figure 00000035
,
Figure 00000036
и т.д. производные, получаемые по результатам обработки сформированных координат
Figure 00000037
,
Figure 00000038
,
Figure 00000039
объекта. Оценку текущих параметров движения объекта проводят посредством использования фильтра Калмана, определяемого известными соотношениями ([4], стр.163-164), который осуществляет оценку параметров движения посредством выполнения совместных и взаимосвязанных операций динамической фильтрации и экстраполяции координат, что обеспечивает оптимальную обработку результатов измерений. Структура фильтра Калмана содержит в качестве своей составной части математическую модель траектории объекта сопровождения (модель оцениваемого процесса), которая задается матрицей экстраполяции, определяющей размерность вектора состояния параметров движения объекта. Свойства фильтра Калмана определяются принятой моделью траектории движения и коэффициентами усиления (фильтрации), значения которых определяются принятыми ошибками измерения координат сопровождаемого объекта.Then carry out an assessment of the current parameters of the object’s movement, which means filtered rectangular coordinates of the object
Figure 00000028
,
Figure 00000029
,
Figure 00000030
and their first
Figure 00000031
,
Figure 00000032
,
Figure 00000033
second
Figure 00000034
,
Figure 00000035
,
Figure 00000036
etc. derivatives obtained by processing the generated coordinates
Figure 00000037
,
Figure 00000038
,
Figure 00000039
object. The current parameters of the object’s motion are estimated using the Kalman filter determined by the known relations ([4], pp. 163-164), which evaluates the motion parameters by performing joint and interconnected operations of dynamic filtering and extrapolating coordinates, which ensures optimal processing of measurement results. The Kalman filter structure contains as its component a mathematical model of the trajectory of the tracking object (model of the process being evaluated), which is defined by an extrapolation matrix that determines the dimension of the state vector of the object’s motion parameters. The properties of the Kalman filter are determined by the adopted model of the trajectory of motion and the amplification (filtering) coefficients, the values of which are determined by the accepted errors of measuring the coordinates of the tracked object.

При задании модели траектории движения объекта с трехмерным вектором состояния параметров движения в виде (5) и, соответственно, с оцениваемыми параметрами в виде координаты, скорости и ускорения объекта соотношения для фильтра Калмана, с учетом возможных прерываний выделения координат объекта и снижения информативности запомненных оценок параметров движения на интервалах прерываний (учитываемых соответственно управляемыми коэффициентами kc[n] и kИ[n]), имеют вид (записано для одной координаты, например, для координаты х)When defining a model of the object’s trajectory with a three-dimensional state vector of motion parameters in the form (5) and, accordingly, with estimated parameters in the form of the coordinate, speed and acceleration of the object, the correlations for the Kalman filter, taking into account possible interruptions in the allocation of the object’s coordinates and decrease in the information content of the stored parameter estimates the movements on the interruption intervals (taken into account respectively by the controlled coefficients k c [n] and k AND [n]) have the form (written for one coordinate, for example, for the x coordinate)

- уравнения оценивания- estimation equations

Figure 00000040
Figure 00000040

- уравнения экстраполяции- extrapolation equations

Figure 00000041
Figure 00000041

где

Figure 00000042
,
Figure 00000043
,
Figure 00000044
- оценки координаты, скорости и ускорения объекта соответственно;Where
Figure 00000042
,
Figure 00000043
,
Figure 00000044
- estimates of the coordinate, speed and acceleration of the object, respectively;

хЭ[n],

Figure 00000045
,
Figure 00000046
- экстраполированные координата, скорость и ускорение объекта соответственно;x e [n]
Figure 00000045
,
Figure 00000046
- extrapolated coordinate, speed and acceleration of the object, respectively;

k1[n], k2[n], k3[n] - коэффициенты усиления (фильтрации);k 1 [n], k 2 [n], k 3 [n] - gain (filtering);

Т0 - период дискретизации измерений и обработки координат.T 0 - the period of sampling measurements and processing coordinates.

Коэффициенты усиления k1[n], k2[n], k3[n] вычисляются в текущем времени сопровождения по соотношениямGain factors k 1 [n], k 2 [n], k 3 [n] are calculated in the current tracking time using the relations

Figure 00000047
Figure 00000047

где ψЭ11[n], ψЭ12[n], ψЭ13[n] - коэффициенты корреляции ошибок экстраполяции соответственно координаты (индекс «1»), первой (индекс «2») и второй (индекс «3») производных координаты, определяемые по известным рекуррентным соотношениям ([4], стр.163) для заданной модели траектории объекта сопровождения в виде (5) с учетом коэффициентов корреляции ошибок оценивания соответственно координаты, первой и второй ее производных.where ψ E11 [n], ψ E12 [n], ψ E13 [n] are the correlation coefficients of extrapolation errors, respectively, coordinates (index "1"), first (index "2") and second (index "3") derived coordinates, determined by known recurrence relations ([4], p. 163) for a given model of the trajectory of the tracking object in the form (5) taking into account the correlation coefficients of the estimation errors, respectively, of the coordinate of its first and second derivatives.

Предлагаемое определение коэффициентов k1[n], k2[n], k3[n] фильтра Калмана, а соответственно и параметров фильтрации и экстраполяции, с учетом текущего значения среднеквадратической ошибки

Figure 00000048
, связанной с измерениями принимаемого от объекта отраженного сигнала в реальном процессе сопровождения (по соотношению сигнал-шум), позволяет при оценке и экстраполяции координат учесть фактически сложившиеся точностные условия сопровождения объекта.The proposed definition of the coefficients k 1 [n], k 2 [n], k 3 [n] Kalman filters, and, accordingly, the filtering and extrapolation parameters, taking into account the current value of the mean square error
Figure 00000048
associated with measurements of the reflected signal received from the object in the real tracking process (in terms of signal-to-noise ratio), when evaluating and extrapolating coordinates, it is possible to take into account the prevailing accuracy conditions for tracking the object.

В момент начала сопровождения, т.е. при n=1, задают в уравнениях (12) фильтра Калмана начальные условия для оцениваемых параметров движения по координатам объекта, равные значениям соответствующих координат

Figure 00000049
,
Figure 00000050
,
Figure 00000051
, полученным по первому измерению координат сопровождаемого объекта, т.е. (записано для трехмерного вектора состояния параметров движения объекта, например, для координаты х)At the time of the start of escort, i.e. for n = 1, the initial conditions for the estimated motion parameters along the object’s coordinates are set in equations (12) of the Kalman filter equal to the values of the corresponding coordinates
Figure 00000049
,
Figure 00000050
,
Figure 00000051
obtained by the first measurement of the coordinates of the tracked object, i.e. (written for a three-dimensional state vector of the object motion parameters, for example, for the x coordinate)

Figure 00000052
Figure 00000052

и по скоростям и ускорениям объекта, равным значениям соответствующих производных координат объекта, полученным от внешнего источника, или по априорным данным производных координат объекта, т.е.and according to the speeds and accelerations of the object, equal to the values of the corresponding derived coordinates of the object obtained from an external source, or according to a priori data of the derived coordinates of the object, i.e.

Figure 00000053
Figure 00000053

где

Figure 00000054
,
Figure 00000055
,
Figure 00000056
,
Figure 00000057
,
Figure 00000058
- соответственно скорости и ускорения сопровождаемого объекта с внешнего источника или по априорным (ожидаемым) данным (например, равные нулевым значениям). Внешним источником данных по скоростям и ускорениям объекта может быть, например, система обнаружения объекта.Where
Figure 00000054
,
Figure 00000055
,
Figure 00000056
,
Figure 00000057
,
Figure 00000058
- respectively, the speed and acceleration of the tracked object from an external source or according to a priori (expected) data (for example, equal to zero values). An external source of data on the speeds and accelerations of an object can be, for example, an object detection system.

Далее полученные экстраполированные прямоугольные координаты объекта хЭ[n], уЭ[n], zЭ[n] преобразуются в угловые координаты εЭа, βЭа в системе координат приемно-передающего антенного устройства, например, по соотношениямNext, the obtained extrapolated rectangular coordinates of the object x E [n], for E [n], z E [n] are converted into angular coordinates ε Ea , β Ea in the coordinate system of the transmitter-receiver antenna, for example, according to the ratios

Figure 00000059
Figure 00000059

Figure 00000060
Figure 00000060

где

Figure 00000061
- экстраполированная дальность до объекта.Where
Figure 00000061
- extrapolated range to the object.

Затем в сформированные экстраполированные угловые координаты объекта εЭа[n], βЭа[n] в соответствующих плоскостях сопровождения вводят угловые поправки Δφε[n], Δφβ[n], определяемые соотношением вида (7), компенсирующие запаздывание Δt момента формирования этих экстраполированных координат относительно момента формирования сигналов ошибок сопровождения δε[n], δβ[n] (координат) объектаThen, angular corrections Δφ ε [n], Δφ β [n] are introduced into the generated extrapolated angular coordinates of the object ε Ea [n], β Ea [n] in the corresponding tracking planes, determined by a relation of the form (7), compensating for the delay Δt of the moment of formation of these extrapolated coordinates relative to the moment of formation of the tracking error signals δε [n], δβ [n] (coordinates) of the object

Figure 00000062
Figure 00000062

Текущие угловые скорости поперечных осей антенного устройства

Figure 00000063
,
Figure 00000064
в плоскостях сопровождения для формирования поправок Δφε[n], Δφβ[n] могут измеряться датчиками угловой скорости, связанными с соответствующими осями антенного устройства, а запаздывание Δt определяется быстродействием конкретного устройства обработки и формирования координат.The current angular velocity of the transverse axes of the antenna device
Figure 00000063
,
Figure 00000064
in the tracking planes for the formation of corrections Δφ ε [n], Δφ β [n] can be measured by angular velocity sensors associated with the corresponding axes of the antenna device, and the delay Δt is determined by the speed of a particular processing device and the formation of coordinates.

По сформированным координатам εц[n], βц[n] осуществляют электронное управление направлением луча антенного устройства для излучения и приема сигналов на последующем шаге зондирования объекта, например, путем пересчета их в фазовые сдвиги для фазовращателей и соответствующего электронного перемещения луча в направлении объекта ([1], стр.428-432).According to the formed coordinates ε c [n], β c [n], the beam direction of the antenna device for emitting and receiving signals is electronically controlled at the next step of probing the object, for example, by converting them into phase shifts for phase shifters and the corresponding electronic movement of the beam in the direction of the object ([1], pp. 428-432).

В процессе сопровождения сравнивают текущее значение соотношения сигнал-шум q0[n] с его установленным пороговым значением qПор. Если при текущем сравнении значение соотношения сигнал-шум меньше порогового значения, то формируют признак отсутствия принимаемого от объекта сигнала и далее, при наличии этого признака, выработку экстраполированных координат хЭ[n], уЭ[n], zЭ[n] для последующей установки луча антенного устройства осуществляют в соответствии с соотношениями (6) по оценкам параметров движения объекта

Figure 00000065
,
Figure 00000066
,
Figure 00000067
, запомненными в момент начала формирования признака отсутствия принимаемого сигнала, с текущей коррекцией их значений на весовой коэффициент kИ[n], учитывающий снижение информативности запомненных координат по мере удаления текущего момента времени от момента начала формирования признака отсутствия принимаемого сигнала. Соотношения (6) получаются из соотношений фильтра Калмана (13) путем управления входящим в них коэффициентом kc[n], формируемым в соответствии с соотношением (4).In the process of tracking, the current signal-to-noise ratio q 0 [n] is compared with its set threshold value q Por . If the current comparison value signal to noise ratio is less than a threshold, the formed sign of lack received from the object signal and further in the presence of this feature, generation of the extrapolated coordinate x e [n], y e [n], z E [n] for the subsequent installation of the beam of the antenna device is carried out in accordance with relations (6) according to estimates of the parameters of the movement of the object
Figure 00000065
,
Figure 00000066
,
Figure 00000067
memorized at the time of the start of formation of the sign of the absence of the received signal, with the current correction of their values by the weight coefficient k AND [n], taking into account the decrease in the information content of the stored coordinates as the current moment moves away from the moment of the start of the formation of the sign of the absence of the received signal. Relations (6) are obtained from the Kalman filter relations (13) by controlling the coefficient k c [n] included in them, which is formed in accordance with relation (4).

Таким образом, при прерывании процесса измерения координат и далее до его восстановления, при экстраполяции координат сопровождаемого объекта учитывается "старение" (снижения информативности) запомненных для прогнозирования оценок координат и их производных, что повышает точность формирования координат при отсутствии измерений и соответственно повышает точность и надежность сопровождения объекта.Thus, when interrupting the process of measuring coordinates and then restoring it, when extrapolating the coordinates of the tracked object, the "aging" (decrease in information content) of the coordinates and their derivatives stored for forecasting is taken into account, which increases the accuracy of coordinate formation in the absence of measurements and, accordingly, increases the accuracy and reliability tracking facility.

Значение весового коэффициента kИ[n] определяется принятой моделью движения объекта. Обычно рассматривают маневренные способности объекта в виде случайного процесса с корреляционной функцией вида ([6], В.А.Лихарев. Цифровые методы и устройства в радиолокации. - М.: Советское радио, 1973, стр.225)The value of the weight coefficient k AND [n] is determined by the adopted model of the movement of the object. Usually consider the maneuverability of an object in the form of a random process with a correlation function of the form ([6], V. A. Likharev. Digital methods and devices in radar. - M .: Soviet radio, 1973, p. 225)

Figure 00000068
Figure 00000068

где

Figure 00000069
- дисперсия ускорения объекта;Where
Figure 00000069
- dispersion of the acceleration of the object;

1/α=Т - постоянная времени маневра.1 / α = T is the maneuver time constant.

В связи с этим на практике в качестве весовой функции оценки ускорения, как правило, достаточно использовать функцию экспоненциального взвешивания видаIn this regard, in practice, as a weight function of the acceleration estimate, as a rule, it is sufficient to use the exponential weighting function of the form

Figure 00000070
Figure 00000070

Для равнодискретного времени сопровождения экспоненциальную функцию (21) на текущем такте измерения координат можно аппроксимировать постоянным коэффициентом kИ из диапазона значений 0≤kИ≤1.For an equal-discrete tracking time, the exponential function (21) at the current measurement step of coordinates can be approximated by a constant coefficient k AND from the range of values 0≤k AND ≤1.

Способ формирования сигнала управления положением луча приемно-передающего антенного устройства системы сопровождения объекта заключается в следующем.The method of generating a signal for controlling the position of the beam of the receiving-transmitting antenna device of the object tracking system is as follows.

Для каждой плоскости сопровождения объекта проводят формирование сигнала ошибки сопровождения (δε[n], δβ[n]) относительно оси луча приемно-передающего антенного устройства с ФАР и последующее формирование с учетом этой ошибки управляющего сигнала с использованием фильтра Калмана, который по сути своей структурной организации содержит модель траектории движения сопровождаемого объекта, задаваемую в общем случае s-мерным вектором состояния параметров движения. На выходе такого фильтра получают (по каждой координате) оценку вектора

Figure 00000071
параметров движения (его s-составляющих компонентов
Figure 00000072
,
Figure 00000073
,
Figure 00000074
,
Figure 00000075
, …) и вектор ΘЭ[n] экстраполированных параметров движения (его s-составляющих компонентов ϑЭ[n],
Figure 00000076
,
Figure 00000077
,
Figure 00000078
, …). Фильтр Калмана, как динамическая система, по доступным для наблюдения выходным координатам (по оценке координаты
Figure 00000072
и экстраполированной координате ϑЭ[n] при разомкнутой его внутренней отрицательной обратной связи (разомкнута цепь ООС, фиг.2) представляет собой по отношению к входному воздействию (координате
Figure 00000079
) систему с астатизмом, порядок которого равен размерности s вектора состояния параметров движения Θ[n] в принятой модели траектории объекта. При этом фильтр Калмана как замкнутая система (замкнута цепь ООС, фиг.2) асимптотически устойчив и обладает свойством минимальности фазового запаздывания среди всех s-мерных фильтров с той же полосой пропускания. При организации положительной обратной связи по экстраполированной координате объекта ϑЭ[n] с выхода фильтра Калмана по отношению к сигналу ошибки сопровождения объекта относительно оси луча ФАР δε[n] (цепь ПОС замкнута, фиг.2) динамическое звено, охватываемое этой связью, с учетом задержки экстраполированной координаты на время, равное интервалу времени экстраполяции этой координаты, по отношению к входному воздействию в виде ошибки сопровождения δε[n] представляет систему с астатизмом, порядок, которого равен размерности s вектора состояния параметров движения для принятой модели траектории. Таким образом, при сопровождении объекта ФАР реализуется астатическое регулирование порядка s сигнала управления положением ее луча без нарушения, в силу асимптотических свойств фильтра Калмана, условий устойчивости контура сопровождения объекта.For each object tracking plane, an error tracking signal is generated (δε [n], δβ [n]) relative to the axis of the beam of the receiving and transmitting antenna device with the PAR and then generating a control signal with this error using the Kalman filter, which is essentially structural The organization contains a model of the trajectory of the tracked object, defined in the general case by an s-dimensional state vector of motion parameters. At the output of such a filter, an estimate of the vector is obtained (for each coordinate)
Figure 00000071
motion parameters (its s-component components
Figure 00000072
,
Figure 00000073
,
Figure 00000074
,
Figure 00000075
, ...) and the vector Θ Э [n] of extrapolated motion parameters (its s-component components ϑ Э [n],
Figure 00000076
,
Figure 00000077
,
Figure 00000078
, ...). Kalman filter, as a dynamic system, by output coordinates available for observation (by coordinate estimation
Figure 00000072
and the extrapolated coordinate ϑ Э [n] when its internal negative feedback is open (OOS circuit is open, figure 2) is in relation to the input action (coordinate
Figure 00000079
) a system with astatism whose order is equal to the dimension s of the state vector of motion parameters движения [n] in the adopted model of the object trajectory. In this case, the Kalman filter as a closed system (closed circuit of the OOS, figure 2) is asymptotically stable and has the property of minimizing phase delay among all s-dimensional filters with the same passband. When organizing positive feedback on the extrapolated coordinate of the object ϑ Э [n] from the Kalman filter output with respect to the object tracking error signal relative to the beam axis δε [n] (the POS circuit is closed, Fig. 2), the dynamic link covered by this connection, with taking into account the delay of the extrapolated coordinate by a time equal to the time interval of extrapolating this coordinate with respect to the input action in the form of a tracking error δε [n] represents a system with astatism, the order of which is equal to the dimension s of the vector s ence of motion parameters for the model adopted path. Thus, when tracking a phased array object, astatic regulation of the order s of the signal to control the position of its beam is realized without breaking, due to the asymptotic properties of the Kalman filter and stability conditions for the object tracking loop.

При задании модели траектории сопровождаемого объекта с вектором состояния параметров движения в виде трехмерного вектора с компонентами координаты ϑ[n], скорости

Figure 00000080
и ускорения
Figure 00000081
, что соответствует физической картине сопровождения объекта, модель траектории движения объекта описывается соотношениями (8), а фильтр Калмана - соотношениями видаWhen defining a model of the trajectory of the tracked object with the state vector of motion parameters in the form of a three-dimensional vector with components of the coordinate ϑ [n], velocity
Figure 00000080
and acceleration
Figure 00000081
, which corresponds to the physical picture of the object tracking, the model of the object trajectory is described by relations (8), and the Kalman filter is described by relations of the form

Figure 00000082
Figure 00000082

В таком случае (для установившегося режима) дискретная передаточная функция фильтра Калмана (на основе Z-преобразования) в разомкнутом состоянии (разомкнута цепь ООС, фиг.2) по экстраполированной координате имеет видIn this case (for steady state), the discrete transfer function of the Kalman filter (based on the Z-transform) in the open state (open circuit of the OOS, figure 2) by the extrapolated coordinate has the form

Figure 00000083
Figure 00000083

т.е. содержит в своей цепи три последовательно включенных цифровых интегратора, описываемых передаточной функцией видаthose. contains in its circuit three series-connected digital integrators described by a transfer function of the form

Figure 00000084
Figure 00000084

и, следовательно, является системой с астатизмом третьего порядка.and, therefore, is a system with third-order astatism.

Дискретная передаточная функция такого фильтра в замкнутом состоянии имеет видThe discrete transfer function of such a filter in the closed state has the form

Figure 00000085
Figure 00000085

При наличии положительной обратной связи по экстраполированной координате объекта ϑЭ[n] по отношению к сигналу ошибки сопровождения объекта δε[n], охватывающей фильтр Калмана как динамическое звено и содержащей элемент задержки экстраполированной координаты на время, равное интервалу времени экстраполяции координаты Т0, с передаточной функцией Wзад(z)=z-1, дискретная передаточная функция такой системы имеет вид (т.е. совпадает с передаточной функцией вида (23)In the presence of positive feedback on the extrapolated coordinate of the object ϑ Э [n] with respect to the signal of the tracking error δε [n], covering the Kalman filter as a dynamic link and containing the delay element of the extrapolated coordinate for a time equal to the time interval of extrapolating the coordinate T 0 , s the transfer function W ass (z) = z -1 , the discrete transfer function of such a system has the form (i.e., coincides with the transfer function of the form (23)

Figure 00000086
Figure 00000086

и таким образом содержит в своей цепи три последовательно включенных цифровых интегратора, описываемых передаточной функцией вида (24), и, следовательно, является системой с астатизмом третьего порядка. При этом входная координата фильтра, т.е. оцениваемая координата объекта, будет определяться в видеand thus contains in its chain three series-connected digital integrators described by a transfer function of the form (24), and, therefore, is a system with third-order astatism. In this case, the input coordinate of the filter, i.e. The estimated coordinate of the object will be determined as

Figure 00000087
Figure 00000087

Таким образом, предлагаемый способ в данном случае обеспечивает астатическое регулирование третьего порядка в контуре управления положением луча ФАР и, в силу того, что порядки выражений в числителе и знаменателе передаточной функции (25) отличаются на единицу (фазовое запаздывание не более 90°), контур сопровождения объекта будет устойчив. Это обеспечивает нулевое значение установившейся ошибки сопровождения объекта при его движении с постоянном ускорением. Такое утверждение об устойчивости справедливо для любого порядка размерности s вектора состояния параметров движения и соответственно реализуемого порядка s астатизма контура сопровождения с исключением установившийся ошибки сопровождения объекта по отношению к производной s-ного порядка координат траектории движения объекта. Поэтому такое формирование сигнала управления положением луча ФАР повышает точность сопровождения объекта и точность измерения его координат.Thus, the proposed method in this case provides third-order astatic regulation in the control loop of the position of the PAR beam and, due to the fact that the orders of expressions in the numerator and denominator of the transfer function (25) differ by one (phase delay of not more than 90 °), the loop tracking facility will be stable. This ensures a zero value of the steady-state error of tracking the object during its movement with constant acceleration. Such a statement about stability is valid for any order of dimension s of the state vector of motion parameters and, accordingly, the order s of astatism of the tracking contour is realized, with the exception of the steady-state tracking error of the object with respect to the derivative of the s-th order of the coordinates of the object’s trajectory. Therefore, such a formation of a signal for controlling the position of the PAR beam improves the accuracy of object tracking and the accuracy of measuring its coordinates.

Предлагаемые способ сопровождения объекта и способ формирования сигнала управления положением луча приемно-передающего антенного устройства системы сопровождения объекта реализуются известными штатными элементами радиолокационных устройств ([1], стр.426-432) и вычислительной системой обработки информации и управления, принципы построения, состав, структура и алгоритм функционирования которой приведены в [4], стр.223-292.The proposed method of tracking an object and a method of generating a signal for controlling the position of the beam of a receiving and transmitting antenna device of an object tracking system are implemented by well-known standard elements of radar devices ([1], pp. 426-432) and a computer information processing and control system, construction principles, composition, structure and the functioning algorithm of which is given in [4], pp. 223-292.

Таким образом, предлагаемые технические решения обеспечивает повышение точности сопровождения и измерения координат объекта, что выгодно отличает их от известных способов.Thus, the proposed technical solutions provide improved accuracy of tracking and measuring the coordinates of the object, which distinguishes them from known methods.

Источники информацииInformation sources

1. В.В.Васин, О.В.Власов и др. Радиолокационные устройства. - М.: Советское радио, 1970.1. VVVasin, OVVlasov and others. Radar devices. - M .: Soviet Radio, 1970.

2. М.В.Максимов, Г.И.Горгонов. Радиоэлектронные системы самонаведения - М.: Радио и связь, 1982.2. M.V. Maksimov, G.I. Gorgonov. Radio-electronic homing systems - M .: Radio and communication, 1982.

3. Под ред. А.А.Красовского. Справочник по теории автоматического регулирования. - М.: Наука, 1987.3. Ed. A.A. Krasovsky. Handbook of the theory of automatic regulation. - M.: Science, 1987.

4. С.З.Кузьмин. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Радио и связь, 1986.4.S.Z. Kuzmin. Fundamentals of designing systems for digital processing of radar information. - M.: Radio and Communications, 1986.

5. Я.З.Цыпкин. Основы теории автоматических систем. - М.: Наука, 1977.5. Ya. Z. Tsypkin. Fundamentals of the theory of automatic systems. - M .: Nauka, 1977.

6. В.А.Лихарев. Цифровые методы и устройства в радиолокации. - М.: Советское радио, 1973.6. V.A. Likharev. Digital methods and devices in radar. - M .: Soviet Radio, 1973.

Claims (9)

1. Способ сопровождения объекта, включающий дискретные излучение зондирующего сигнала и прием отраженного от объекта сигнала, обработку принятого сигнала с одновременным стробированием по дальности и формирование в каждой плоскости сопровождения сигнала ошибки сопровождения объекта относительно оси луча приемно-передающего антенного устройства, формирование с учетом сигналов ошибок сопровождения координат объекта в системе координат приемно-передающего антенного устройства и преобразование их в прямоугольные координаты относительно опорного направления, оценку по ним параметров движения объекта и выработку экстраполированных координат объекта, преобразование экстраполированных координат в систему координат приемно-передающего антенного устройства и электронное управление по ним лучом антенного устройства в направлении очередного излучения зондирующего сигнала, отличающийся тем, что оценку параметров движения объекта и выработку экстраполированных координат объекта проводят с использованием фильтра Калмана, содержащего модель траектории сопровождаемого объекта, задают в момент начала сопровождения начальные условия для оценок параметров движения объекта в фильтре Калмана, определяют текущее соотношение сигнал-шум в принимаемом отраженном сигнале от объекта, устанавливают пороговое значение соотношения сигнал-шум, определяют в соответствии с величиной соотношения сигнал-шум текущее значение среднеквадратической ошибки измерения координат объекта, проводят текущее сглаживание значения среднеквадратической ошибки измерения координат объекта, определяют коэффициенты усиления фильтра Калмана с учетом текущего сглаженного значения среднеквадратической ошибки измерения координат объекта, сравнивают текущее значение соотношения сигнал-шум с установленным пороговым значением соотношения сигнал-шум и, если текущее значение соотношения сигнал-шум меньше порогового значения, то формируют признак отсутствия принимаемого от объекта отраженного сигнала и далее при наличии этого признака выработку экстраполированных координат объекта осуществляют по оценкам параметров движения объекта, запомненным на момент времени начала формирования признака отсутствия принимаемого сигнала, с последующей текущей коррекцией их значений, учитывающей снижение информативности запомненных оценок параметров движения по мере удаления текущего момента времени от момента начала формирования признака отсутствия принимаемого сигнала, а при преобразовании экстраполированных координат объекта в координаты для установки луча приемно-передающего антенного устройства для излучения зондирующего сигнала учитывают временное запаздывание формирования экстраполированных координат относительно момента времени формирования координат объекта по принятому отраженному сигналу от объекта.1. A method of tracking an object, including discrete radiation of a probing signal and receiving a signal reflected from the object, processing the received signal with simultaneous gating in range and generating an object tracking error signal in each tracking plane of the object relative to the beam axis of the receiving and transmitting antenna device, generating error signals taking into account tracking the coordinates of the object in the coordinate system of the receiving and transmitting antenna device and converting them into rectangular coordinates the reference direction, estimating the parameters of the object’s motion and generating extrapolated coordinates of the object, converting the extrapolated coordinates to the coordinate system of the receiving and transmitting antenna device and electronically controlling the beam of the antenna device in the direction of the next radiation of the probing signal, characterized in that it estimates the motion parameters of the object and the generation of extrapolated coordinates of the object is carried out using a Kalman filter containing a model of the trajectory of the object, set at the moment of tracking start the initial conditions for estimating the parameters of the object’s movement in the Kalman filter, determine the current signal-to-noise ratio in the received reflected signal from the object, set the threshold signal-to-noise ratio, determine the current signal-to-noise ratio in accordance with the signal-to-noise ratio the value of the standard error of the measurement of the coordinates of the object, conduct the current smoothing of the values of the standard error of the measurement of the coordinates of the object, determine the gains f Kalman filter, taking into account the current smoothed value of the mean square error of measuring the coordinates of the object, compare the current value of the signal-to-noise ratio with the set threshold value of the signal-to-noise ratio and, if the current value of the signal-to-noise ratio is less than the threshold value, then a sign of the absence of the reflected signal received from the object and further, in the presence of this feature, the generation of extrapolated coordinates of the object is carried out according to estimates of the parameters of the movement of the object, memorized at the time at the beginning of the formation of the sign of the absence of the received signal, with the subsequent current correction of their values, taking into account the decrease in the information content of the stored estimates of the motion parameters as the current moment moves away from the start of the formation of the sign of the absence of the received signal, and when the extrapolated coordinates of the object are converted into coordinates for setting the receiving beam the transmitting antenna device for the emission of the probe signal take into account the time delay of the extrapolar formation GOVERNMENTAL coordinate points in time relative to the formation of the object coordinates from the received reflected signal from the object. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальные условия для оценок параметров движения объекта задают по координатам равные значениям соответствующих координат, сформированных по первому измерению координат сопровождаемого объекта, и по производным координат равные значениям соответствующих производных координат сопровождаемого объекта, получаемых от внешнего источника или по априорным данным производных координат объекта.2. The method according to claim 1, characterized in that the initial conditions for estimating the parameters of the object’s motion set along the coordinates equal to the values of the corresponding coordinates formed by the first measurement of the coordinates of the tracked object, and according to the derivatives of the coordinates equal to the values of the corresponding derivatives of the coordinates of the tracked object obtained from the external source or according to the a priori data of the derived coordinates of the object. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что текущее значение среднеквадратической ошибки измерения координат объекта σφ[n] определяют по соотношению
Figure 00000088

где Θ0 - ширина диаграммы направленности луча приемно-передающего антенного устройства;
q0[n] - текущее соотношение сигнал-шум принимаемого отраженного сигнала от объекта;
kз - коэффициент запаса, учитывающий отклонение значения ошибки сопровождения объекта от значения ошибки, определяемой потенциальной точностью системы сопровождения;
n - текущий номер дискретного шага сопровождения по времени, n=1, 2, 3, ….
3. The method according to claim 1, characterized in that the current value of the mean square error of measuring the coordinates of the object σ φ [n] is determined by the ratio
Figure 00000088

where Θ 0 is the width of the beam pattern of the receiving and transmitting antenna device;
q 0 [n] is the current signal-to-noise ratio of the received reflected signal from the object;
k s - safety factor, taking into account the deviation of the value of the tracking error of the object from the error value determined by the potential accuracy of the tracking system;
n is the current number of the discrete time tracking step, n = 1, 2, 3, ....
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сглаживание текущего значения среднеквадратической ошибки измерения координат объекта проводят дискретным фильтром нижних частот, определяемым соотношением
Figure 00000089

с начальным условием
Figure 00000090
,
задаваемым также каждый раз в момент возобновления признака наличия принимаемого от объекта отраженного сигнала после его отсутствия,
где
Figure 00000004
- текущее значение сглаженной среднеквадратической ошибки измерения координат объекта - выходной сигнал;
ασ - коэффициент, задающий полосу пропускания фильтра;
σφ[n] - текущее значение среднеквадратической ошибки измерения координат объекта - входной сигнал;
kc[n] - коэффициент, равный
Figure 00000091

n - текущий номер дискретного шага сопровождения, n=1, 2, 3, ….
4. The method according to claim 1, characterized in that the smoothing of the current value of the mean square error of measuring the coordinates of the object is carried out by a discrete low-pass filter, determined by the ratio
Figure 00000089

with initial condition
Figure 00000090
,
also set each time at the time of renewal of the sign of the presence of the reflected signal received from the object after its absence,
Where
Figure 00000004
- the current value of the smoothed mean square error of measuring the coordinates of the object is the output signal;
α σ is the coefficient defining the passband of the filter;
σ φ [n] is the current value of the standard error of the measurement of the coordinates of the object is the input signal;
k c [n] - coefficient equal to
Figure 00000091

n is the current number of the discrete tracking step, n = 1, 2, 3, ....
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в фильтре Калмана модель траектории сопровождаемого объекта задают с трехмерным вектором состояния параметров движения, определяемую по каждой прямоугольной координате соотношениями
Figure 00000092

Figure 00000093
,
Figure 00000094
,
где x[n],
Figure 00000007
,
Figure 00000008
- текущие параметры траектории объекта, соответственно координата, скорость и ускорение, образующие трехмерный вектор состояния параметров движения
Figure 00000095

Т0 - временной шаг измерения координат объекта;
n - текущий номер дискретного шага, n=1, 2, 3, ….
5. The method according to claim 1, characterized in that in the Kalman filter, the model of the trajectory of the tracked object is set with a three-dimensional vector of the state of the motion parameters, determined by the relations
Figure 00000092

Figure 00000093
,
Figure 00000094
,
where x [n],
Figure 00000007
,
Figure 00000008
- current parameters of the trajectory of the object, respectively, coordinate, speed and acceleration, forming a three-dimensional vector of the state of motion parameters
Figure 00000095

T 0 - time step for measuring the coordinates of the object;
n is the current number of the discrete step, n = 1, 2, 3, ....
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что выработку экстраполированных координат объекта при наличии признака отсутствия принимаемого от объекта отраженного сигнала осуществляют в соответствии с соотношениями для каждой прямоугольной координаты
Figure 00000096

Figure 00000097
,
Figure 00000098
,
где xЭ[n],
Figure 00000011
,
Figure 00000012
- соответственно текущие экстраполированные координата, скорость и ускорение объекта;
Figure 00000099
,
Figure 00000100
,
Figure 00000101
- соответственно оценки координаты, скорости и ускорения объекта, запомненные на момент времени начала формирования признака отсутствия принимаемого от объекта отраженного сигнала;
t0 - временной шаг экстраполяции координат;
kИ[n] - весовой коэффициент, учитывающей снижение информативности оценок координат по мере удаления текущего момента времени от момента начала формирования признака отсутствия принимаемого сигнала, kИ=1 при наличии признака принимаемого сигнала и 0≤kИ<1 при отсутствии признака принимаемого сигнала;
n - текущий номер дискретного шага сопровождения по времени, n=1, 2, 3, ….
6. The method according to claim 1, characterized in that the generation of extrapolated coordinates of the object in the presence of a sign of the absence of the reflected signal received from the object is carried out in accordance with the ratios for each rectangular coordinate
Figure 00000096

Figure 00000097
,
Figure 00000098
,
where x e [n],
Figure 00000011
,
Figure 00000012
- respectively, the current extrapolated coordinate, speed and acceleration of the object;
Figure 00000099
,
Figure 00000100
,
Figure 00000101
- accordingly, estimates of the coordinate, speed and acceleration of the object, stored at the time point of the beginning of the formation of the sign of the absence of the reflected signal received from the object;
t 0 - time step of extrapolation of coordinates;
k AND [n] is a weighting factor that takes into account the decrease in the information content of coordinate estimates as the current time moves away from the moment the formation of the sign of the absence of the received signal begins, k И = 1 in the presence of the sign of the received signal and 0≤k AND <1 in the absence of the sign of the received signal ;
n is the current number of the discrete time tracking step, n = 1, 2, 3, ....
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что временное запаздывание формирования экстраполированных координат объекта относительно момента времени формирования координат по принятому отраженному сигналу от объекта учитывают посредством поправки угловых экстраполированных координат на величину Δφ, определяемую в каждой плоскости сопровождения соотношением
Figure 00000102
,
где
Figure 00000017
- текущая угловая скорость перемещения оси приемно-передающего антенного устройства в соответствующей плоскости сопровождения;
Δt - временная задержка экстраполированных координат объекта относительно момента времени формирования координат объекта по принятому отраженному сигналу от объекта;
n - текущий номер дискретного шага сопровождения по времени, n=1, 2, 3, ….
7. The method according to claim 1, characterized in that the time delay of the formation of the extrapolated coordinates of the object relative to the time of the formation of the coordinates according to the received reflected signal from the object is taken into account by adjusting the angular extrapolated coordinates by the value Δφ determined in each tracking plane by the ratio
Figure 00000102
,
Where
Figure 00000017
- the current angular velocity of the axis of the receiving and transmitting antenna device in the corresponding tracking plane;
Δt is the time delay of the extrapolated coordinates of the object relative to the instant of formation of the coordinates of the object according to the received reflected signal from the object;
n is the current number of the discrete time tracking step, n = 1, 2, 3, ....
8. Способ формирования сигнала управления положением луча приемно-передающего антенного устройства системы сопровождения объекта, включающий в каждой плоскости сопровождения дискретные формирование сигнала ошибки сопровождения объекта относительно оси луча приемно-передающего антенного устройства, формирование с учетом этого сигнала ошибки сигнала управления положением луча приемно-передающего антенного устройства, организацию цепи положительной обратной связи, охватывающей динамические звенья, предназначенные для формирования управляющего сигнала, отличающийся тем, что в качестве динамических звеньев для формирования управляющего сигнала положением луча приемно-передающего антенного устройства используют фильтр Калмана, в котором модель траектории сопровождаемого объекта задают с s-мерным вектором состояния параметров движения, а положительную обратную связь осуществляют по экстраполированной координате объекта сопровождения с выхода фильтра Калмана, причем в цепи положительной обратной связи осуществляют задержку экстраполированной координаты на время, равное интервалу времени экстраполяции этой координаты.8. A method of generating a signal for controlling the position of the beam of the receiving and transmitting antenna device of the object tracking system, including in each tracking plane discrete generating an error signal for tracking the object relative to the axis of the beam of the receiving and transmitting antenna device, generating, taking into account this signal, an error in the signal for controlling the position of the beam of the receiving and transmitting antenna antenna device, the organization of a positive feedback circuit spanning dynamic links designed to form control signal, characterized in that as dynamic links for generating a control signal by the position of the beam of the receiving and transmitting antenna device, a Kalman filter is used, in which the model of the trajectory of the tracked object is set with the s-dimensional vector of the state of the motion parameters, and the positive feedback is carried out by the extrapolated coordinate object tracking from the output of the Kalman filter, and in the positive feedback circuit delay the extrapolated coordinate by in emya equal time interval extrapolation of coordinates. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в фильтре Калмана модель траектории сопровождаемого объекта задают с трехмерным вектором состояния параметров движения, определяемую по каждой координате сопровождения соотношениями
Figure 00000103

Figure 00000104
,
Figure 00000105
,
где
Figure 00000106
Figure 00000019
,
Figure 00000020
- текущие параметры траектории объекта, соответственно координата, скорость и ускорение, образующие трехмерный вектор состояния параметров движения
Figure 00000107

Т0 - временной шаг измерения координат объекта;
n - текущий номер дискретного шага, n=1, 2, 3, ….
9. The method according to claim 8, characterized in that in the Kalman filter the model of the trajectory of the tracked object is set with a three-dimensional vector of the state of the motion parameters, determined by each tracking coordinate by the relations
Figure 00000103

Figure 00000104
,
Figure 00000105
,
Where
Figure 00000106
Figure 00000019
,
Figure 00000020
- current parameters of the trajectory of the object, respectively, coordinate, speed and acceleration, forming a three-dimensional vector of the state of motion parameters
Figure 00000107

T 0 - time step for measuring the coordinates of the object;
n is the current number of the discrete step, n = 1, 2, 3, ....
RU2011136101/07A 2011-08-30 2011-08-30 Method of tracking object and method of generating signal for controlling beam position of transceiver antenna of object tracking system RU2476904C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011136101/07A RU2476904C1 (en) 2011-08-30 2011-08-30 Method of tracking object and method of generating signal for controlling beam position of transceiver antenna of object tracking system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011136101/07A RU2476904C1 (en) 2011-08-30 2011-08-30 Method of tracking object and method of generating signal for controlling beam position of transceiver antenna of object tracking system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2476904C1 true RU2476904C1 (en) 2013-02-27

Family

ID=49121605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011136101/07A RU2476904C1 (en) 2011-08-30 2011-08-30 Method of tracking object and method of generating signal for controlling beam position of transceiver antenna of object tracking system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2476904C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110058281A (en) * 2019-04-29 2019-07-26 湖南国科微电子股份有限公司 Dynamic positioning method and device
RU2758446C1 (en) * 2020-12-07 2021-10-28 Акционерное общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Method for controlling position of antenna axis of on-board radar station when accompanying maneuvering aerial target
CN113902634A (en) * 2019-08-15 2022-01-07 深圳市瑞立视多媒体科技有限公司 Three-dimensional track smoothing method, device, equipment and storage medium
RU2766569C1 (en) * 2021-05-31 2022-03-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" Method for monitoring moving objects with multi-position receiver system
RU2776078C1 (en) * 2021-07-02 2022-07-13 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Method for determining the coordinates and motion parameters of radio emission sources based on measurements of their carrier frequency
CN116679573A (en) * 2023-08-04 2023-09-01 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 Consistency tracking control method and device, electronic equipment and storage medium

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002091017A2 (en) * 2001-05-04 2002-11-14 Lockheed Martin Corporation System and method for measurement domain data association in passive coherent location applications
RU2231820C2 (en) * 2001-01-29 2004-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ульяновский механический завод" Position control apparatus of beam pattern of antenna of mobile detection radar
WO2006013689A1 (en) * 2004-08-06 2006-02-09 Murata Manufacturing Co., Ltd. Radar
RU2271030C2 (en) * 2004-04-28 2006-02-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Рубин" (ОАО "НПП "Рубин") Method for automatic drive position adjustment
US7187320B1 (en) * 2004-08-27 2007-03-06 Lockheed Martin Corporation Matched maneuver detector
EP1857831A1 (en) * 2006-05-17 2007-11-21 The Boeing Company Methods and systems for data link front end filters for sporadic updates
RU2381524C1 (en) * 2008-05-28 2010-02-10 Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" Tracking system for mobile objects

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2231820C2 (en) * 2001-01-29 2004-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ульяновский механический завод" Position control apparatus of beam pattern of antenna of mobile detection radar
WO2002091017A2 (en) * 2001-05-04 2002-11-14 Lockheed Martin Corporation System and method for measurement domain data association in passive coherent location applications
RU2271030C2 (en) * 2004-04-28 2006-02-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Рубин" (ОАО "НПП "Рубин") Method for automatic drive position adjustment
WO2006013689A1 (en) * 2004-08-06 2006-02-09 Murata Manufacturing Co., Ltd. Radar
US7187320B1 (en) * 2004-08-27 2007-03-06 Lockheed Martin Corporation Matched maneuver detector
EP1857831A1 (en) * 2006-05-17 2007-11-21 The Boeing Company Methods and systems for data link front end filters for sporadic updates
RU2381524C1 (en) * 2008-05-28 2010-02-10 Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" Tracking system for mobile objects

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КУЗЬМИН С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Радио и связь, 1986, с.212-217, 160-164. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110058281A (en) * 2019-04-29 2019-07-26 湖南国科微电子股份有限公司 Dynamic positioning method and device
CN113902634A (en) * 2019-08-15 2022-01-07 深圳市瑞立视多媒体科技有限公司 Three-dimensional track smoothing method, device, equipment and storage medium
RU2758446C1 (en) * 2020-12-07 2021-10-28 Акционерное общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Method for controlling position of antenna axis of on-board radar station when accompanying maneuvering aerial target
RU2758446C9 (en) * 2020-12-07 2022-01-20 Акционерное общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Method for controlling position of antenna axis of on-board radar station when accompanying maneuvering aerial target
RU2766569C1 (en) * 2021-05-31 2022-03-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" Method for monitoring moving objects with multi-position receiver system
RU2776078C1 (en) * 2021-07-02 2022-07-13 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Method for determining the coordinates and motion parameters of radio emission sources based on measurements of their carrier frequency
CN116679573A (en) * 2023-08-04 2023-09-01 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 Consistency tracking control method and device, electronic equipment and storage medium
CN116679573B (en) * 2023-08-04 2023-10-20 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 Consistency tracking control method and device, electronic equipment and storage medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107656264B (en) Power resource management method for multi-target tracking of opportunistic array radar in clutter environment
EP3123197B1 (en) Methods and apparatus for determining angle of arrival (aoa) in a radar warning receiver
AU2011311805B2 (en) System and method for generating derived products in a radar network
RU2476904C1 (en) Method of tracking object and method of generating signal for controlling beam position of transceiver antenna of object tracking system
Goh et al. A weighted measurement fusion Kalman filter implementation for UAV navigation
CN108089183B (en) Detection and tracking integrated method for asynchronous multi-base radar system
Xiong et al. A scheme on indoor tracking of ship dynamic positioning based on distributed multi-sensor data fusion
Zhang et al. High-precision, limited-beacon-aided AUV localization algorithm
Zhang et al. A dynamic window-based UWB-odometer fusion approach for indoor positioning
Kong et al. Hybrid indoor positioning method of BLE and monocular VINS based smartphone
CN116878510A (en) Multi-source fusion indoor positioning method, device and system based on factor graph optimization
Ulrich Uncertainty estimation and multi sensor fusion for kinematic laser tracker measurements
US20230118390A1 (en) Method and device for providing tracking data for recognizing the movement of persons and hands for controlling at least one function of a technical system, and sensor system
Huang et al. A particle filter track-before-detect algorithm for multi-radar system
Wang et al. Robust CPHD algorithm for maneuvering targets tracking via airborne pulsed Doppler radar
Peng et al. An aircraft-centered multi-frame tbd method for airborne radar systems
Müller et al. Quality of Service Based Radar Resource Management for Navigation and Positioning
Yang et al. Robust sequential adaptive Kalman filter algorithm for ultrashort baseline underwater acoustic positioning
CN102707278B (en) Multi-target tracking method for singular value decomposition
RU2263927C2 (en) Method of evaluating parameters of trajectory of radio-frequency radiation sources in two-positioned passive goniometrical radar station
Carrasco et al. Monte-carlo localization for aerial robots using 3D LiDAR and UWB sensing
Wu et al. Particle filter based simultaneous localization and mapping using landmarks with RPLidar
CN102707280B (en) Structurally stable multi-target tracking method
Fong et al. Radar sensor fusion via federated unscented Kalman filter
Zhang et al. Research on UAV Passive Localization Based on Greedy Strategy and Two-degree Error Analysis Model

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -PD4A- IN JOURNAL 29-2015 FOR INID CODE(S) (73)