RU2499278C1 - Method of tracking path of moving ship - Google Patents

Method of tracking path of moving ship Download PDF

Info

Publication number
RU2499278C1
RU2499278C1 RU2012131077/07A RU2012131077A RU2499278C1 RU 2499278 C1 RU2499278 C1 RU 2499278C1 RU 2012131077/07 A RU2012131077/07 A RU 2012131077/07A RU 2012131077 A RU2012131077 A RU 2012131077A RU 2499278 C1 RU2499278 C1 RU 2499278C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ship
coordinates
vessel
tracking
vector
Prior art date
Application number
RU2012131077/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Михайлович Гриняк
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владивостокский государственный университет экономики и сервиса (ВГУЭС)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владивостокский государственный университет экономики и сервиса (ВГУЭС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владивостокский государственный университет экономики и сервиса (ВГУЭС)
Priority to RU2012131077/07A priority Critical patent/RU2499278C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2499278C1 publication Critical patent/RU2499278C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: method involves radar measurement of coordinates of the ship at the present moment in time and then smoothing parameters of the path of the ship using an α-β filter. In order to select smoothing coefficients α and β, a procedure for simulating tracking of the ship at different values of α and β is performed, wherein the selected values of smoothing coefficients provide minimum mean-square deviation of the difference between current measurements of the coordinates of the ship and values calculated when simulating tracking.
EFFECT: high accuracy of estimating current coordinates and the velocity vector of a ship when movement thereof includes areas of both rectilinear uniform and manoeuvring movement.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области внешнего наблюдения движущихся судов радиолокационными станциями и предназначено для сопровождения траектории судна путем оценки его координат и вектора скорости движения на всем протяжении его траектории.The invention relates to the field of external observation of moving ships by radar stations and is intended to accompany the ship's trajectory by estimating its coordinates and the velocity vector along its entire trajectory.

Одной из задач современного морского транспорта является повышение безопасности движения. Для достижения этой цели автоматизированные системы управления морским движением используют радиолокационную информацию. После первичной обработки радиолокационной информации осуществляется процесс ее вторичной цифровой обработки, который обычно выполняется с помощью программированных алгоритмов. В результате вторичной обработки вычисляются текущие координаты и вектор скорости движения каждого судна. Для управления движением и предупреждения столкновений и других опасных ситуаций на основе данных о координатах и векторе скорости каждого судна вырабатываются команды (рекомендации) по коррекции траектории движения. При этом качество управления движением зависит от надежности и точности алгоритмов оценки текущих координат и вектора скорости движения каждого судна.One of the tasks of modern maritime transport is to increase traffic safety. To achieve this, automated marine traffic control systems use radar information. After the primary processing of radar information, the process of its secondary digital processing is carried out, which is usually performed using programmed algorithms. As a result of the secondary processing, the current coordinates and the velocity vector of each vessel are calculated. To control the movement and prevent collisions and other dangerous situations, based on the data on the coordinates and speed vector of each vessel, teams (recommendations) are generated for correcting the motion path. Moreover, the quality of traffic control depends on the reliability and accuracy of the algorithms for estimating the current coordinates and the velocity vector of each vessel.

В настоящее время широко используются способы оценки текущих координат и вектора скорости движения судна, в которых в текущий момент времени с помощью радиолокационной станции измеряют координаты судна и сглаживают параметры траектории судна с помощью α-β фильтра.Currently, methods are widely used to estimate the current coordinates and the velocity vector of the vessel, in which at the current time using the radar station measure the coordinates of the vessel and smooth the parameters of the trajectory of the vessel using the α-β filter.

При прямолинейном и равномерном движении судна сглаживающим коэффициентам α и β должны быть заданы малые положительные значения, близкие к нулю, в то время как при его маневрировании сглаживающим коэффициентам α и β должны быть заданы значения, близкие к единице. Если сопровождение траектории движения судна, реализуемое с малыми положительными значениями сглаживающих коэффициентов α и β, применяется для маневрирующего судна, либо, напротив, указанное сопровождение, реализуемое со значениями сглаживающих коэффициентов α и β, близкими к единице, используется при прямолинейном равномерном движении судна, оценка текущих координат и вектора скорости движения в обоих случаях происходит с большой ошибкой. Таким образом, поскольку величина сглаживающих коэффициентов α и β зависит от характера движения судна, алгоритмы сопровождения траектории судна должны включать в себя вычисление значений сглаживающих коэффициентов с учетом этого характера.In the case of rectilinear and uniform movement of the vessel, the smoothing coefficients α and β must be given small positive values close to zero, while when maneuvering with the smoothing coefficients α and β, values close to unity should be set. If the tracking of the ship's trajectory, implemented with small positive values of the smoothing coefficients α and β, is used for a maneuvering ship, or, conversely, the indicated tracking, implemented with the values of the smoothing coefficients α and β, close to unity, is used for rectilinear uniform motion of the ship, estimate the current coordinates and the velocity vector in both cases occurs with a big error. Thus, since the magnitude of the smoothing coefficients α and β depends on the nature of the vessel’s movement, the algorithms for tracking the ship’s trajectory should include the calculation of the values of the smoothing coefficients taking this character into account.

Известен способ сопровождения траектории движущегося судна, описанный в работе (Фарина А., Студер Ф. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей. М.: Радио и связь. 1993, с.182), в котором на основе вычисления разности между текущими измерениями координат судна и их экстраполированными значениями (невязки измерения) и сравнения этой разности с пороговым значением выявляют маневр судна, после чего принимают значения сглаживающих коэффициентов α и β равными единице (альфа-бета алгоритм с детектором маневра). Недостаточная точность известного способа определяется тем, что при таком подходе к выбору сглаживающих коэффициентов учитывается только факт наличия маневра судна и не учитывается его интенсивность. Таким образом, наличие в движении судна участков маневренного движения приводит к значительной ошибке в оценке текущих координат и вектора скорости движения, поскольку интенсивность маневрирования, и соответственно, значения сглаживающих коэффициентов α и β, обеспечивающие наилучшее сопровождение, остаются неизвестными.A known method of tracking the trajectory of a moving vessel, described in (Farina A., Student F. Digital processing of radar information. Target tracking. M: Radio and communication. 1993, p. 182), in which, based on the calculation of the difference between the current coordinate measurements the vessel and their extrapolated values (measurement discrepancies) and comparing this difference with the threshold value, reveal the maneuver of the vessel, and then take the values of the smoothing coefficients α and β equal to one (alpha-beta algorithm with a maneuver detector). The lack of accuracy of the known method is determined by the fact that with this approach to the choice of smoothing coefficients, only the fact of the presence of the maneuver of the vessel is taken into account and its intensity is not taken into account. Thus, the presence of maneuvering areas in the vessel’s movement leads to a significant error in estimating the current coordinates and the velocity vector, since the maneuvering intensity, and, accordingly, the values of the smoothing coefficients α and β, which provide the best tracking, remain unknown.

Наиболее близким к заявляемому является способ сопровождения маневрирующей воздушной цели (пат. РФ №2048684, опубл. 1995.11.20), включающий радиолокационные измерения координат и оценку текущих параметров траектории движения путем сглаживания с помощью а - (3 фильтра. В известном способе определяется вероятность того, что цель является маневрирующей, и по значению этой вероятности вычисляются значения сглаживающих коэффициентов α и β, обеспечивающие наилучшее сопровождение. При этом для вычисления вероятности маневра необходимо априорное задание дисперсии ошибок измерений координат. Поскольку радиолокационный образ малой воздушной цели представляет собой одиночное значение амплитуды отраженного эхо- сигнала, то для малой цели дисперсия ошибок измерений координат соответствует известной инструментальной погрешности радара.Closest to the claimed is a method of tracking a maneuvering air target (US Pat. RF No. 2048684, publ. 1995.11.20), including radar measurements of coordinates and assessment of the current parameters of the trajectory by smoothing using a - (3 filters. In the known method, the probability of , that the target is maneuvering, and the values of the smoothing coefficients α and β, which provide the best support, are calculated from the value of this probability. Since the radar image of a small air target is a single value of the amplitude of the reflected echo, for a small target the variance of coordinate measurement errors corresponds to the known instrumental error of the radar.

В отличие от малой воздушной цели, судно является протяженным объектом, вследствие чего радиолокационный образ при высоком разрешении радара представляет собой не одиночное значение амплитуды отраженного эхо-сигнала, а матрицу таких амплитуд, сложно распределенных и зависящих от ориентации судна и расположения на нем локальных источников отраженного эхо-сигнала, а также от состояния подстилающей поверхности (волнения моря) и метеоусловий (Дорожко В.М. Имитационная модель радиолокационного эхо-сигнала // Дальневосточный математический журнал. - 2001. - №1. - С.98-113). При этом вероятностные характеристики ошибок измерений координат конкретного судна в конкретных условиях невозможно определить, исходя из известной инструментальной погрешности радара. Реальная дисперсия измерений координат судна всегда будет неизвестна и будет гораздо выше, чем дисперсия инструментальной погрешности радара. Таким образом, при реализации известного способа сопровождения для судна определение вероятности маневра происходит с большой ошибкой, что приводит к тому, что при наличии в движении судна участков как прямолинейного равномерного, так и маневренного движения, оценка текущих координат и вектора скорости движения судна также осуществляется со значительной ошибкой.Unlike a small air target, the ship is an extended object, as a result of which the radar image at high resolution of the radar is not a single value of the amplitude of the reflected echo signal, but a matrix of such amplitudes that are difficult to distribute and depend on the orientation of the ship and the location of local sources of reflected echo signal, as well as the state of the underlying surface (sea waves) and weather conditions (Dorozhko V.M. Simulation model of a radar echo signal // Far Eastern Mathematical Journal. - 2001. - No. 1. - S.98-113). At the same time, the probabilistic characteristics of the measurement errors of the coordinates of a particular ship in specific conditions cannot be determined based on the known instrumental error of the radar. The actual variance of the measurements of the coordinates of the ship will always be unknown and will be much higher than the variance of the instrumental error of the radar. Thus, when implementing the known tracking method for the vessel, the determination of the probability of maneuver occurs with a big error, which leads to the fact that, in the presence of sections of the vessel in the movement of both rectilinear uniform and maneuverable movement, the current coordinates and the vector of the vessel’s speed are also estimated significant mistake.

Задачей изобретения является создание способа сопровождения траектории движущегося судна, с высокой точностью обеспечивающего указанное сопровождение при наличии в движении судна участков прямолинейного равномерного, а также маневренного движения, когда неизвестны вероятностные характеристики ошибок измерений координат.The objective of the invention is to provide a method for tracking the trajectory of a moving vessel, with high accuracy, providing the specified tracking in the presence of straight, uniform, as well as maneuvering motion in the vessel when the probabilistic characteristics of coordinate measurement errors are unknown.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности оценки текущих координат и вектора скорости движения судна при наличии в его движении участков прямолинейного и равномерного, а также маневренного движения.The technical result of the invention is to increase the accuracy of estimating the current coordinates and the vector of the vessel’s speed in the presence of straight and uniform sections, as well as maneuverable movement in its movement.

Указанный технический результат достигается способом сопровождения траектории движущегося судна, включающим радиолокационное измерение координат, оценку текущих параметров траектории движения путем сглаживания с помощью α-β фильтра, в котором, в отличие от известного, дополнительно выполняют формирование и запоминание вектора текущих измерений координат судна, формирование и запоминание вектора возможных значений сглаживающих коэффициентов а и р, осуществляют моделирование сопровождения траектории с каждым из возможных значений сглаживающих коэффициентов α и β, формирование и запоминание вектора среднеквадратичных отклонений разности между текущими измерениями координат судна и их вычисленными при моделировании сопровождения значениями, затем выбирают из вектора возможных значений сглаживающих коэффициентов α и β значения α k min

Figure 00000001
и β k min ,
Figure 00000002
соответствующие минимальному среднеквадратичному отклонению разности между текущими измерениями координат судна и их вычисленными при моделировании траектории сопровождения значениями, и сглаживают параметры траектории судна с помощью α-β фильтра с выбранными коэффициентами α k min
Figure 00000003
и β k min
Figure 00000004
. Схематично реализация предлагаемого способа показана на фиг.1, где приведена блок-схема его последовательных операций:The specified technical result is achieved by the method of tracking the trajectory of a moving vessel, including radar measurement of coordinates, estimation of the current parameters of the motion path by smoothing with the help of an α-β filter, in which, unlike the known one, the vector of current measurements of the coordinates of the vessel is additionally formed and stored, and storing the vector of possible values of the smoothing coefficients a and p, simulate the tracking of the trajectory with each of the possible values the smoothing coefficients α and β, the formation and storage of the vector of standard deviations of the difference between the current measurements of the coordinates of the vessel and their values calculated by modeling tracking, then choose from the vector of possible values of the smoothing coefficients α and β values α k min
Figure 00000001
and β k min ,
Figure 00000002
corresponding to the minimum standard deviation of the difference between the current measurements of the ship’s coordinates and their values calculated when modeling the tracking path, and smooth the parameters of the ship’s trajectory using an α-β filter with selected coefficients α k min
Figure 00000003
and β k min
Figure 00000004
. Schematically, the implementation of the proposed method is shown in figure 1, which shows a block diagram of its sequential operations:

1) радиолокационное измерение координат судна;1) radar measurement of the coordinates of the vessel;

2) формирование и запоминание вектора текущих измерений координат судна;2) the formation and storage of the vector of current measurements of the coordinates of the vessel;

3) формирование и запоминание вектора возможных значений сглаживающих коэффициентов α и β;3) the formation and storage of the vector of possible values of the smoothing coefficients α and β;

4) моделирование сопровождения траектории с каждым из возможных значений сглаживающих коэффициентов α и β;4) modeling trajectory tracking with each of the possible values of the smoothing coefficients α and β;

5) формирование и запоминание вектора среднеквадратичных отклонений разности между текущими измерениями координат судна и их вычисленными при моделировании сопровождения значениями;5) the formation and storing of the vector of standard deviations of the difference between the current measurements of the coordinates of the vessel and their values calculated during the modeling of tracking;

6) выбор из вектора возможных значений сглаживающих коэффициентов α и β таких значений α k min

Figure 00000003
и β k min
Figure 00000004
, которые соответствуют минимальному среднеквадратичному отклонению разности между текущими измерениями координат судна и их вычисленными при моделировании сопровождения значениями;6) selection from the vector of possible values of the smoothing coefficients α and β of such values α k min
Figure 00000003
and β k min
Figure 00000004
that correspond to the minimum standard deviation of the difference between the current measurements of the coordinates of the vessel and their values calculated during the simulation of tracking;

7) сглаживание параметров траектории судна с помощью α-β фильтра с использованием сглаживающих коэффициентов α k min

Figure 00000003
и β k min
Figure 00000004
, выбранных на этапе 6.7) smoothing the parameters of the ship's trajectory using the α-β filter using smoothing coefficients α k min
Figure 00000003
and β k min
Figure 00000004
selected in step 6.

Технически способ осуществляют следующим образом.Technically, the method is as follows.

С помощью измерительного устройства на основе радара в точные моменты времени tj измеряют значения декартовых координат судна zx(tj), zy(tj), где zx(tj) - измерение декартовой координаты судна х, a zy(tj) - измерение декартовой координаты судна y.Using a measuring device based on the radar at exact times t j, the values of the Cartesian coordinates of the vessel are measured z x (t j ), z y (t j ), where z x (t j ) is the measurement of the Cartesian coordinates of the vessel x, az y (t j ) - measurement of the Cartesian coordinate of the vessel y.

После этого формируют и запоминают вектор Z текущих измерений декартовых координат судна. Это осуществляют следующим образом.After that, the vector Z of the current measurements of the Cartesian coordinates of the vessel is formed and stored. This is as follows.

Пусть N - количество моментов времени, в которые производились текущие измерения декартовых координат судна zx(tj) и zy(tj). Тогда вектор Z текущих измерений декартовых координат судна формируется из N последних текущих измерений декартовых координат судна таким образом:Let N be the number of times at which the current measurements of the Cartesian coordinates of the vessel z x (t j ) and z y (t j ) were made. Then the vector Z of the current measurements of the Cartesian coordinates of the vessel is formed from the N last current measurements of the Cartesian coordinates of the vessel in this way:

Z=(zx(tj-N),xy(tj-N),zx(tj-N+1),zy(tj-N+1),…,zx(tj-1),zy(tj-1),zx(tj),zy(tj))Z = (z x (t jN ), x y (t jN ), z x (t j-N + 1 ), z y (t j-N + 1 ), ..., z x (t j-1 ), z y (t j-1 ), z x (t j ), z y (t j ))

Одновременно формируют вектор возможных значений сглаживающих коэффициентов α и β. Это осуществляют следующим образомAt the same time, a vector of possible values of the smoothing coefficients α and β is formed. This is as follows

Пусть α - сглаживающий коэффициент, применяемый при вычислении координат судна x, y, α β - сглаживающий коэффициент, применяемый при вычислении компонент вектора скорости судна vx,vy. Известно, что сглаживающие коэффициенты аир могут принимать значения в интервале от 0 до 1, причем имеет место соотношение β=α2/(2-α) (Фарина А., Студер Ф. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей. М.: Радио и связь. 1993, с.177).Let α be the smoothing coefficient used in calculating the ship's coordinates x, y, α β be the smoothing coefficient used in calculating the components of the ship's velocity vector v x , v y . It is known that the smoothing coefficients air can take values in the range from 0 to 1, and there is a relation β = α 2 / (2-α) (Farina A., Studer F. Digital processing of radar information. Target tracking. M: Radio and communication. 1993, p. 177).

Вектор А возможных значений сглаживающих коэффициентов а по условию включает следующие компонентыThe vector A of possible values of the smoothing coefficients a by condition includes the following components

А=(α12,…,α10)=(0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9,1.0) - всего 10 компонентов. Компоненты вектора В возможных значений сглаживающих коэффициентов β по условию вычисляются из компонент вектора А таким образом, что В=(β12,…,β10) - тоже всего 10 компонент, причем βkk2/(2-αk).A = (α 1 , α 2 , ..., α 10 ) = (0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9,1.0) - only 10 components. The components of the vector B of the possible values of the smoothing coefficients β are conditionally calculated from the components of the vector A in such a way that B = (β 1 , β 2 , ..., β 10 ) are also only 10 components, and β k = α k 2 / (2- α k ).

После этого моделируют сопровождение траектории с каждым из возможных значений сглаживающих коэффициентов αk и βk, используя известный алгоритм: при моделировании сопровождения траектории в каждый момент времени ti вычисляют текущие координаты и компоненты вектора скорости судна путем реализации итерационной процедурыAfter that, the trajectory tracking is simulated with each of the possible values of the smoothing coefficients α k and β k using the well-known algorithm: when simulating the trajectory tracking at each time t i, the current coordinates and components of the ship's velocity vector are calculated by implementing an iterative procedure

s ^ i + 1 = Ф s ^ i + K ( z i + 1 H Ф s ^ i ) ( 1 )

Figure 00000005
. s ^ i + one = F s ^ i + K ( z i + one - H F s ^ i ) ( one )
Figure 00000005
.

Здесь i - номер момента времени соответствующих измерений из вектора текущих измерений декартовых координат судна Z, причем i = 1, N ¯

Figure 00000006
, s ^ i
Figure 00000007
- оценка вектора si, который равенHere i is the number of time points of the corresponding measurements from the vector of current measurements of the Cartesian coordinates of the vessel Z, and i = one, N ¯
Figure 00000006
, s ^ i
Figure 00000007
is an estimate of the vector s i , which is equal to

s i = x ( t i ) v x ( t i ) y ( t i ) v y ( t i ) ,

Figure 00000008
s i = x ( t i ) v x ( t i ) y ( t i ) v y ( t i ) ,
Figure 00000008

Zi - вектор измерений текущих координат судна, формируемый из значений вектора Z таким образом, чтоZ i - a vector of measurements of the current coordinates of the vessel, formed from the values of the vector Z in such a way that

z i = z x ( t i ) z y ( t i ) ,

Figure 00000009
z i = z x ( t i ) z y ( t i ) ,
Figure 00000009

Ф и H - матричные коэффициенты, равныеΦ and H are matrix coefficients equal to

Ф = 1 t i t i 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 t i t i 1 0 0 0 1 ,

Figure 00000010
F = one t i - t i - one 0 0 0 one 0 0 0 0 one t i - t i - one 0 0 0 one ,
Figure 00000010
H = 1 0 0 0 0 0 1 0 .
Figure 00000011
H = one 0 0 0 0 0 one 0 .
Figure 00000011

К - матричный коэффициент, равныйK is the matrix coefficient equal to

K = α k 0 β k / ( t i t i 1 ) 0 0 α k 0 β k / ( t i t i 1 ) .

Figure 00000012
K = α k 0 β k / ( t i - t i - one ) 0 0 α k 0 β k / ( t i - t i - one ) .
Figure 00000012

Процедуру сопровождения (1) реализуют для вектора Z текущих измерений декартовых координат судна при каждом из 10 возможных значений сглаживающих коэффициентов αk и βk, k = 1,10 ¯

Figure 00000013
, выбираемых из векторов А и В.The tracking procedure (1) is implemented for the vector Z of the current measurements of the Cartesian coordinates of the vessel for each of the 10 possible values of the smoothing coefficients α k and β k , k = 1.10 ¯
Figure 00000013
selected from vectors A and B.

В результате моделирования формируются 10 векторов (для каждого из выбранных αk и βk) разностей между текущими измерениями декартовых координат судна и их вычисленными при моделировании сопровождения значениями. Обозначим второй сомножитель второго слагаемого в формуле (1) как δz(ti), причем δ z ( t i + 1 ) = δ z x ( t i + 1 ) δ z y ( t i + 1 ) = ( z i + 1 H Ф s ^ i ) .

Figure 00000014
As a result of the simulation, 10 vectors (for each of the selected α k and β k ) of differences are formed between the current measurements of the Cartesian coordinates of the vessel and their values calculated during the modeling of tracking. We denote the second factor of the second term in formula (1) as δ z (t i ), and δ z ( t i + one ) = δ z x ( t i + one ) δ z y ( t i + one ) = ( z i + one - H F s ^ i ) .
Figure 00000014

Вектор Δk разницы между текущими измерениями декартовых координат судна и их вычисленными при моделировании сопровождения (с выбранными значениями αk и βk) значениями будет иметь компоненты:The vector Δ k of the difference between the current measurements of the Cartesian coordinates of the vessel and their calculated values during tracking modeling (with the selected values of α k and β k ) will have the following components:

Δ k = ( ( δ z x ( t 1 ) ) 2 + ( δ z y ( t 1 ) ) 2 , ( δ z x ( t 2 ) ) 2 + ( δ z y ( t 2 ) ) 2 , , ( δ z x ( t N ) ) 2 + ( δ z y ( t N ) ) 2 ) = ( δ 1 , δ 2 , , δ N ) , k = 1,10 ¯ .

Figure 00000015
Δ k = ( ( δ z x ( t one ) ) 2 + ( δ z y ( t one ) ) 2 , ( δ z x ( t 2 ) ) 2 + ( δ z y ( t 2 ) ) 2 , ... , ( δ z x ( t N ) ) 2 + ( δ z y ( t N ) ) 2 ) = ( δ one , δ 2 , ... , δ N ) , k = 1.10 ¯ .
Figure 00000015

Далее формируют и запоминают вектор R среднеквадратичных отклонений разницы между текущими измерениями декартовых координат судна и их вычисленными при моделировании сопровождения значениями. Это осуществляют, вычисляя среднеквадратичное отклонение для каждого вектора Δk таким образом, чтоNext, the vector R of the standard deviations of the difference between the current measurements of the Cartesian coordinates of the vessel and their values calculated during the modeling of tracking are formed and stored. This is done by calculating the standard deviation for each vector Δ k so that

δ k = i = 1 N ( δ i 2 ) N 1 .

Figure 00000016
δ k = i = one N ( δ i 2 ) N - one .
Figure 00000016

В результате формируется вектор R: R=(δ12,…,δ10).As a result, the vector R is formed: R = (δ 1 , δ 2 , ..., δ 10 ).

Затем выбирают из вектора А возможных значений сглаживающих коэффициентов α и β те значения, которые соответствуют минимальному среднеквадратичному отклонению разницы между текущими измерениями декартовых координат судна и их вычисленными при сопровождении значениями. Это делается путем выбора из вектора R минимальной компоненты δk, определения ее индекса kmin, а затем выбора из векторов А и В компонент α k min

Figure 00000017
и β k min
Figure 00000018
, соответствующих индексу kmin.Then, from the vector A, the possible values of the smoothing coefficients α and β are selected, those values that correspond to the minimum standard deviation of the difference between the current measurements of the Cartesian coordinates of the vessel and their values computed with the accompanying. This is done by choosing from the vector R the minimum component δ k , determining its index k min , and then choosing from the vectors A and B the components α k min
Figure 00000017
and β k min
Figure 00000018
corresponding to the index k min .

После этого, используя выбранные значения коэффициентов α = α k min

Figure 00000019
и β = β k min
Figure 00000020
, сглаживают параметры траектории судна с помощью α-β фильтра в соответствии с известным способом путем реализации описанной выше итерационной процедуры (1).After that, using the selected coefficient values α = α k min
Figure 00000019
and β = β k min
Figure 00000020
smooth the parameters of the trajectory of the vessel using the α-β filter in accordance with the known method by implementing the iterative procedure described above (1).

В результате формируется оценка текущих координат судна x ^ ( t j )

Figure 00000021
, y ^ ( t j )
Figure 00000022
и компонент вектора скорости ν ^ ( t j )
Figure 00000023
, ν ^ ( t j )
Figure 00000024
.As a result, an estimate of the current coordinates of the vessel is formed. x ^ ( t j )
Figure 00000021
, y ^ ( t j )
Figure 00000022
and component of the velocity vector ν ^ ( t j )
Figure 00000023
, ν ^ ( t j )
Figure 00000024
.

Пример конкретного осуществления способаAn example of a specific implementation of the method

Численное моделирование сопровождения траектории движущегося судна при помощи предлагаемого способа осуществляется при следующих условиях.Numerical simulation of tracking the trajectory of a moving vessel using the proposed method is carried out under the following conditions.

С помощью измерительного устройства (радара) для судна, движущегося по траектории, имеющей участки как прямолинейного и равномерного, так и маневренного движения, обеспечивается измерение азимута судна и расстояния до него с периодом tj-tj-1=3 c. Судно движется со скоростью 20 м/с из точки 8 в точку 9 (фиг.2). Вначале его движение является прямолинейным и равномерным, а затем судно совершает маневр - движется по дуге окружности радиусом 300 м, после чего снова движется прямолинейно и равномерно. Размерность вектора Z текущих измерений ограничена значением N=10.Using a measuring device (radar) for a vessel moving along a trajectory having sections of both rectilinear and uniform, as well as maneuvering movement, it is possible to measure the azimuth of the vessel and its distance with a period t j -t j-1 = 3 s. The vessel moves at a speed of 20 m / s from point 8 to point 9 (figure 2). At first, its movement is straightforward and uniform, and then the ship makes a maneuver - moves along an arc of a circle with a radius of 300 m, after which it again moves straight and evenly. The dimension of the vector Z of current measurements is limited by the value N = 10.

Результаты моделирования представлены на фиг.2 и 3. На фиг.2 показана моделируемая траектория движения судна. На фиг.3 показана диаграмма погрешностей оценивания координат судна по прототипу (10 - пунктирная линия) и предлагаемым способом (11 - сплошная линия). По оси абсцисс отложено время tj от начала сопровождения траектории, по оси ординат - величина δ ( t j ) = ( x ( t j ) x ^ ( t j ) ) 2 + ( y ( t j ) y ^ ( t j ) ) 2

Figure 00000025
.The simulation results are presented in figure 2 and 3. Figure 2 shows the simulated trajectory of the vessel. Figure 3 shows a chart of errors in estimating the coordinates of the vessel according to the prototype (10 - dashed line) and the proposed method (11 - solid line). The time t j from the start of trajectory tracking is plotted along the abscissa, and the value along the ordinate δ ( t j ) = ( x ( t j ) - x ^ ( t j ) ) 2 + ( y ( t j ) - y ^ ( t j ) ) 2
Figure 00000025
.

Здесь 12 - момент начала маневрирования судна, 13 (заштрихованный участок оси абсцисс) - отрезок времени, во время которого происходит маневр судна, 14 - момент окончания маневрирования судна.Here 12 is the moment of the start of maneuvering the vessel, 13 (the shaded section of the abscissa axis) is the length of time during which the maneuver of the vessel takes place, 14 is the moment the maneuver of the vessel ends.

При этом инструментальные среднеквадратичные погрешности измерений координат судна приняты равными σx=5 м, σy=5 м, а реальные (численноIn this case, the instrumental mean square errors of measurements of the coordinates of the vessel are taken equal to σ x = 5 m, σ y = 5 m, and real (numerically

моделируемые) среднеквадратичные погрешности измерений координат судна приняты равными в два раза больше априорно известных инструментальных.simulated) root-mean-square errors of measurements of the coordinates of the vessel are taken equal to two times greater than the a priori known instrumental.

Из фиг.3 видно, что на участках прямолинейного равномерного движения погрешность известного способа сопровождения траектории судна гораздо выше, чем предлагаемого, а на участках маневренного движения погрешности известного и заявляемого способа являются сравнимыми.From figure 3 it can be seen that in areas of rectilinear uniform motion, the error of the known method of tracking the trajectory of the vessel is much higher than the proposed, and in areas of maneuvering movement the errors of the known and proposed method are comparable.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет уменьшить ошибку вычисления текущих координат и вектора скорости движения судна и обеспечивает лучшее качество сопровождения в сравнении с известным способом, в частности, в том случае, когда априорные представления о погрешностях измерений координат недостоверны.Thus, the proposed method allows to reduce the error in calculating the current coordinates and the velocity vector of the vessel and provides better tracking quality in comparison with the known method, in particular, in the case when the a priori ideas about the errors of coordinate measurements are unreliable.

Claims (1)

Способ сопровождения траектории движущегося судна, включающий радиолокационное измерение координат, оценку текущих параметров траектории движения путем сглаживания с помощью α-β фильтра, отличающийся тем, что дополнительно выполняют формирование и запоминание вектора текущих измерений координат судна, формирование и запоминание вектора возможных значений сглаживающих коэффициентов α и β, осуществляют моделирование сопровождения траектории с каждым из возможных значений сглаживающих коэффициентов α и β, формирование и запоминание вектора среднеквадратичных отклонений разности между текущими измерениями координат судна и их вычисленными при моделировании сопровождения значениями, затем выбирают из вектора возможных значений сглаживающих коэффициентов α и β значения α k min
Figure 00000003
и β k min
Figure 00000004
, соответствующие минимальному среднеквадратичному отклонению разности между текущими измерениями координат судна и их вычисленными при моделировании траектории сопровождения значениями, и сглаживают параметры траектории судна с помощью α-β фильтра с выбранными коэффициентами α k min
Figure 00000003
и β k min
Figure 00000004
.
A method for tracking a moving ship’s trajectory, including radar coordinate measurement, estimating the current motion trajectory parameters by smoothing with an α-β filter, characterized in that it additionally generates and stores the vector of current measurements of the ship’s coordinates, generates and stores the vector of possible values of the smoothing coefficients α and β, simulate the tracking of the trajectory with each of the possible values of the smoothing coefficients α and β, the formation and storage the vector of standard deviations of the difference between the current measurements of the ship’s coordinates and their values calculated during the modeling of tracking, then the values are selected from the vector of possible values of the smoothing coefficients α and β α k min
Figure 00000003
and β k min
Figure 00000004
corresponding to the minimum standard deviation of the difference between the current measurements of the coordinates of the vessel and their values calculated when modeling the tracking path, and smooth the parameters of the ship's trajectory using an α-β filter with selected coefficients α k min
Figure 00000003
and β k min
Figure 00000004
.
RU2012131077/07A 2012-07-19 2012-07-19 Method of tracking path of moving ship RU2499278C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012131077/07A RU2499278C1 (en) 2012-07-19 2012-07-19 Method of tracking path of moving ship

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012131077/07A RU2499278C1 (en) 2012-07-19 2012-07-19 Method of tracking path of moving ship

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2499278C1 true RU2499278C1 (en) 2013-11-20

Family

ID=49710209

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012131077/07A RU2499278C1 (en) 2012-07-19 2012-07-19 Method of tracking path of moving ship

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2499278C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5422829A (en) * 1992-07-14 1995-06-06 Pollock; Eugene J. Closed-loop control for scanning application
RU2048684C1 (en) * 1993-03-27 1995-11-20 Войсковая часть 99727 Method for tracking maneuvering aerial target
JP2001330659A (en) * 2000-05-22 2001-11-30 Hitachi Zosen Corp Method and apparatus for detection of position of object in sea
WO2005062984A2 (en) * 2003-12-24 2005-07-14 Automotive Systems Laboratory, Inc. Road curvature estimation system
RU2309083C1 (en) * 2005-12-12 2007-10-27 Владивостокский государственный университет экономики и сервиса Method of recognition of dangerous approach of two maneuvering ships
RU2318187C1 (en) * 2006-06-15 2008-02-27 Открытое акционерное общество "ЦНИИ "Курс" Device for producing and displaying information for guiding a vessel across narrow sections of fairwaters
RU107124U1 (en) * 2011-01-25 2011-08-10 Григорий Константинович Орлов INFORMATION AND MANAGEMENT COMPLEX FOR AUTOMATION OF SHIPPING AND DYNAMIC POSITIONING OF A SHIP
RU2426149C1 (en) * 2010-01-28 2011-08-10 Сергей Борисович Курсин Sonar location complex

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5422829A (en) * 1992-07-14 1995-06-06 Pollock; Eugene J. Closed-loop control for scanning application
RU2048684C1 (en) * 1993-03-27 1995-11-20 Войсковая часть 99727 Method for tracking maneuvering aerial target
JP2001330659A (en) * 2000-05-22 2001-11-30 Hitachi Zosen Corp Method and apparatus for detection of position of object in sea
WO2005062984A2 (en) * 2003-12-24 2005-07-14 Automotive Systems Laboratory, Inc. Road curvature estimation system
RU2309083C1 (en) * 2005-12-12 2007-10-27 Владивостокский государственный университет экономики и сервиса Method of recognition of dangerous approach of two maneuvering ships
RU2318187C1 (en) * 2006-06-15 2008-02-27 Открытое акционерное общество "ЦНИИ "Курс" Device for producing and displaying information for guiding a vessel across narrow sections of fairwaters
RU2426149C1 (en) * 2010-01-28 2011-08-10 Сергей Борисович Курсин Sonar location complex
RU107124U1 (en) * 2011-01-25 2011-08-10 Григорий Константинович Орлов INFORMATION AND MANAGEMENT COMPLEX FOR AUTOMATION OF SHIPPING AND DYNAMIC POSITIONING OF A SHIP

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2510861C1 (en) Method for radar determination of time of end of active phase of ballistic trajectory
CN106896363B (en) A kind of submarine target active tracing track initiation method
JP6718098B2 (en) Position estimation apparatus and method
CA2742418C (en) Method and apparatus for passive determination of target data
CN103941270A (en) Multi-system fusing and positioning method and device
CN111830501B (en) HRRP history feature assisted signal fuzzy data association method and system
Stateczny et al. Multisensor tracking of marine targets: Decentralized fusion of Kalman and neural filters
RU2608583C1 (en) Method of determining position and motion parameters of object as per measurements of angular coordinates
Kazimierski et al. Verification of multiple model neural tracking filter with ship's radar
CN110703187B (en) Acoustic beacon direction finding and positioning method based on underwater mobile platform
Braginsky et al. Correction of DVL error caused by seafloor gradient
Inzartsev et al. AUV application for inspection of underwater communications
RU2586078C2 (en) Single-position passive radioelectronic system for determining horizontal coordinates, target motion elements and kilometric attenuation coefficient of electromagnetic radiation of target
RU2499278C1 (en) Method of tracking path of moving ship
CN117146830A (en) Self-adaptive multi-beacon dead reckoning and long-baseline tightly-combined navigation method
CN108957444B (en) Sea ice area contour line detection method and device
Zhang et al. Adaptive maneuvering target tracking with 2-HFSWR multisensor surveillance system
KR20170080417A (en) Wave measurement system and method using marine rader
JP4513455B2 (en) 3D submarine topographic map display apparatus and method
KR101480834B1 (en) Target motion analysis method using target classification and ray tracing of underwater sound energy
Inzartsev et al. Auv behavior algorithm while inspecting of partly visible pipeline
CN110109116B (en) Method, device, equipment and medium for determining ocean surface flow field value
CN103839104B (en) A kind of wave significant wave height inverse model modeling method
RU2426073C1 (en) Navigation method of moving objects
CN116625328B (en) Lake water volume determining method, device, electronic equipment and storage medium

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180720