RU2572079C2 - Способ и система совместной обработки измерений дальности и скорости для многодиапазонной радиолокационной системы кругового обзора - Google Patents
Способ и система совместной обработки измерений дальности и скорости для многодиапазонной радиолокационной системы кругового обзора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572079C2 RU2572079C2 RU2014118366/07A RU2014118366A RU2572079C2 RU 2572079 C2 RU2572079 C2 RU 2572079C2 RU 2014118366/07 A RU2014118366/07 A RU 2014118366/07A RU 2014118366 A RU2014118366 A RU 2014118366A RU 2572079 C2 RU2572079 C2 RU 2572079C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- range
- block
- speed
- output
- correction
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для обработки сигналов двухдиапазонных радиолокационных систем. Достигаемый технический результат - повышение точности обработки измерений дальности до цели и скорости сближения с целью. Указанный результат достигается за счет использования двухдиапазонных радиолокационных станций, представляющих собой систему совместной обработки измерений дальности и скорости, при этом оценки измерений дальности до цели и скорости сближения с целью формируются по определенным правилам. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.
Description
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для обработки сигналов двухдиапазонных радиолокационных систем кругового обзора.
Одним из основных режимов работы существующих и перспективных радиолокационных систем (РЛС) кругового обзора является автоматическое сопровождение целей при сохранении обзора. В случае, когда круговой обзор достигается при помощи механического сканирования, длительный интервал между приходом измерений приводит к существенно возрастанию погрешностей или даже срыву сопровождения.
Одним из способов уменьшения интервала прихода измерений для РЛС с механическим сканированием является использование нескольких антенных полотен, обращенных в разные стороны [1]. В этом случае целесообразно использовать антенны разных диапазонов, что существенно повышает помехозащищенность РЛС и, потенциально, точность системы в целом.
Однако такой подход требует усложнения алгоритмов обработки, поскольку необходимо использовать отождествление сигналов, получаемых от цели в разное время в разных диапазонах, и алгоритмы их совместной обработки. Следует, однако, отметить, что существующие алгоритмы совместной обработки [2], основанные на оптимальном оценивании, рассчитаны на обработку одновременно поступающих измерений.
Кроме того, типовые алгоритмы фильтрации обеспечивают формирование оптимальных оценок только на моменты прихода измерений, интервал между которыми при круговом обзоре достигает десяти и более секунд, что приводит к достаточно редкой передаче результатов оценивания потребителям. В то же время для решения задач управления и формирования команд целеуказаний эта информация должна поступать непрерывно.
В такой ситуации целесообразно текущие оценки требуемых фазовых координат в промежутках между поступлениями отраженных сигналов формировать на основе тех или иных процедур экстраполяции (прогноза) с малым интервалом дискретизации, а накапливающиеся ошибки корректировать дискретно поступающими измерениями.
Применение классических алгоритмов аналого-дискретной фильтрации [3], показатели точности и устойчивости которых существенно зависят от соответствия условий функционирования положенным в основу их синтеза моделей, не всегда обеспечивает требуемую точность и устойчивость при сопровождении маневрирующей цели. Высокая степень неопределенности пространственных перемещений воздушных объектов приводит либо к снижению точности, либо к срыву сопровождения из-за расхождения процессов фильтрации.
Рациональным выходом из этой ситуации является использование алгоритмов адаптивной аналого-дискретной фильтрации [2], в которых, в зависимости от ситуации, автоматически изменяются либо параметры, либо структура фильтров. При этом наиболее часто используется либо аддитивная коррекция прогноза, либо коррекция коэффициента усиления невязки.
Рассмотрим предлагаемый метод в приложении к двухдиапазонной импульсно-доплеровской РЛС при условии, что
- используется круговой обзор;
- антенны диапазонов имеют одинаковые размеры и направлены в противоположные стороны;
- измерения для каждого диапазона приходят с интервалом 2Т и сдвигом Т относительно друг друга;
- несущие частоты антенн диапазонов различаются в несколько раз;
- этапы идентификации измерений и завязки траекторий уже выполнены известными способами [2];
- выполняется раздельная оценка фазовых координат на основе моделей состояния и измерений для каналов измерения дальности
и скорости сближения соответственно
где Дд и Vд - дальность до цели и скорость ее изменения для дальномерного канала, Vv и аv - скорость сближения с целью и скорость ее изменения для канала измерения скорости,
- признак наличия измерений; Ди и Vи - измерения дальности и скорости сближения, а ξд, ξv - возмущения этих измерений, характеризуемые гауссовским шумом с дисперсиями Дξд и Дξv; τ=T - шаг экстраполяции;
- для адаптации используется вариант с автоматической коррекцией коэффициентов усиления невязки.
В общем случае, алгоритмы адаптивной аналого-дискретной фильтрации позволяют для n-мерного процесса X [2]
при наличии m-мерных (m≤n) наблюдений Z
В этих уравнениях: Ф(k,k-1) - динамическая матрица n×n, учитывающая внутренние связи системы; Wx - n-мерный вектор случайных возмущений модели состояния, характеризуемых матрицей Rw дисперсий; H - матрица m×n измерений; Nz - m-мерный вектор случайных погрешностей измерений, характеризуемых матрицей R дисперсий; Qz - признак наличия измерений; K - матрица n×m коэффициентов усиления невязки; Xэ - n-мерный вектор экстраполированных значений вектора состояний; Cу - весовой множитель, используемый при автоматической коррекции коэффициента усиления невязки по результатам fу(ΔZ(k)) ее анализа; P(k) и P(k,k-1) - матрицы апостериорных и априорных дисперсий соответственно.
Для предлагаемой системы обработки сигналов был выбран способ адаптивной аналого-дискретной α,β-фильтрации с коррекцией коэффициента усиления невязки, инвариантный к изменению интервала прихода измерений.
С учетом (5)-(13) для (1)-(4) в стационарном режиме были получены следующие соотношения:
- для канала дальности
- для канала скорости сближения
Здесь ΔД и ΔV - невязки измерений Ди дальности и Vи скорости сближения и экстраполированных значений Дэ и Vэ, формируемые с интервалом T по правилу (8), а ΔД0 и ΔV0 - некоторые пороговые значения невязок, при превышении которых включается механизм коррекции коэффициентов усиления по правилам (18), (19) или (24), (25) соответственно, αдо, βдо и αv0, βv0 - некоторые начальные значения коэффициентов усиления невязок.
Отличием от существующих в настоящее время способов фильтрации является использование адаптации (18), (19) и (24), (25) коэффициентов фильтрации в зависимости от значения невязок измерений, а также совместное использование измерений разных диапазонов для коррекции общего прогноза.
Система, реализующая (14)-(19) и (20)-(25), работает следующим образом.
В первоначальный момент времени система инициализируется на основе измерений любого из двух диапазонов. Далее, с малым шагом т потребителям выдаются оценки, экстраполированные по гипотезам (16) (дальность) и (22) (скорость сближения) на основе последнего пришедшего измерения. В дальнейшем, по мере прихода измерений (с интервалом 2Т для каждого канала и сдвигом T времени прихода измерений диапазона 1 относительно диапазона 2), производится расчет невязок (17) и (23) и, при необходимости, коррекция коэффициентов усиления (18), (19) и (24), (25), которые используются для коррекции результатов прогноза.
Структурная схема возможного варианта системы, реализующей способ совместной обработки измерений дальности и скорости для двухдиапазонной РЛС с коррекцией коэффициентов усиления, приведена на фиг. 1, на которой входы обозначены цифрами в угловых скобках, а выходы - цифрами в квадратных скобках. В состав системы входят следующие элементы:
- двухдиапазонная радиолокационная система 1;
- измеритель дальности 2 диапазона 1, в котором измерение дальности до цели производится с интервалом 2T;
- измеритель дальности 3 диапазона 2, в котором измерение дальности до цели производится с интервалом 21 со сдвигом T измерений относительно измерений диапазона 1;
- блок 4 формирования невязок ΔД по дальности, в котором по мере поступления измерений от измерителей 1 и 2 с периодом T производится расчет невязки по дальности по формуле (17);
- блок 5 коррекции коэффициентов α,β фильтра дальности, в котором по мере поступления измерений с периодом T производится сравнение невязки с пороговым значением и, при необходимости, пересчет коэффициентов усиления невязки по формулам (18), (19) для соответствующих диапазонов;
- блок 6 коррекции прогноза , , в котором с интервалом T производится коррекция прогноза дальности Дэ по формулам (14), (15);
- блок 7 экстраполяции дальности Дэ, в котором с интервалом τ<<T производится экстраполяция значений дальности до цели по формуле (16);
- потребители 8 сформированных оценок;
- измеритель скорости 9 диапазона 1, в котором измерение скорости сближения с целью производится с интервалом 2T;
- измеритель скорости 10 диапазона 2, в котором измерение скорости сближения с целью производится с интервалом 2T со сдвигом T измерений относительно измерений диапазона 1;
- блок 11 формирования невязок ΔV по скорости, в котором по мере поступления измерений от измерителей 9 и 10 с периодом T производится расчет невязки по скорости сближения по формуле (23);
- блок 12 коррекции коэффициентов α,β-фильтра скорости, в котором по мере поступления измерений с периодом T производится сравнение невязки с пороговым значением и, при необходимости, пересчет коэффициентов усиления невязки по формулам (24), (25) для соответствующих диапазонов;
- блок 13 коррекции прогноза , , в котором с интервалом Т производится коррекция прогноза значений скорости сближения Vэ по формулам (20), (21);
- блок 14 экстраполяции скорости Vэ, в котором с интервалом τ<<Т производится экстраполяция значений скорости сближения с целью по формуле (22).
Выход [1] измерителя дальности 2 связан с входом <1> блока 4 формирования невязки ΔД; выход [1] измерителя дальности 3 связан с входом <2> блока 4 формирования невязки ΔД; выход [1] блока 4 формирования невязки ΔД связан с входом <1> блока 5 коррекции коэффициентов α,β фильтра дальности, выход [2] - с входом <1> блока 6 коррекции прогноза , ; выход [1] блока 5 коррекции коэффициентов α,β фильтра дальности связан с входом <2> блока 6 коррекции прогноза , ; выход [1] блока 6 коррекции прогноза , связан с входом <1> блока 7 экстраполяции Дэ, выход [2] - с потребителями 8; выход [1] блока 7 экстраполяции Дэ связан с входом <3> блока 6 коррекции прогноза , , выход [2] - с потребителями 8; выход [1] измерителя скорости 9 связан с входом <1> блока 11 формирования невязки ΔV; выход [1] измерителя скорости 10 связан с входом <2> блока 11 формирования невязки ΔV; выход [1] блока 11 формирования невязки ΔV связан с входом <1> блока 12 коррекции коэффициентов α,β фильтра скорости, выход [2] - с входом <1> блока 13 коррекции прогноза , ; выход [1] блока 12 коррекции коэффициентов α,β фильтра скорости связан с входом <2> блока 13 коррекции прогноза , ; выход [1] блока 13 коррекции прогноза , связан с входом <1> блока 14 экстраполяции Vэ, выход [2] - с потребителями 8; выход [1] блока 14 экстраполяции Vэ связан с входом <3> блока 13 коррекции прогноза , , выход [2] - с потребителями 8.
Для полученной системы путем имитационного моделирования была проведена оценка эффективности, в качестве показателя которой было взято математическое ожидание погрешности оценивания координат в текущий момент времени.
На фиг. 2-7 приведены результаты одного из наборов численных экспериментов, соответствующего следующим начальным условиям: скорость носителя РЛС - 200 м/с, цели - 300 м/с, расстояние между носителем и целью в начальный момент времени - 100 км. Исследовался наихудший вариант с движением цели по криволинейной траектории при разноточных измерениях, среднеквадратичное отклонение (СКО) погрешностей которых для диапазона 2 было в три раза больше СКО для диапазона 1: σ2/σ1=3. На фиг. 2 приведена относительная траектория цели с борта носителя в плоскости XOY, а на фиг. 3 и 4 - дальность до цели и скорость сближения с нею.
На фиг. 5 приведены графики погрешности оценивания дальности для дальномерного канала, а на фиг. 6 - графики погрешности оценивания скорости сближения для канала измерений скорости при помощи классической α,β-фильтрации [3] отдельно для каналов диапазона 1 (штриховая линия) и 2 (штрихпунктирная линия) при условии, что измерения по каждому из каналов приходят одновременно.
На фиг. 7 представлены графики погрешности оценивания дальности для разных вариантов алгоритмов оценивания: предлагаемого (сплошная линия) при помощи оценок (14)-(16) и при помощи классической α,β-фильтрации отдельно для каналов диапазона 1 (штриховая линия) и 2 (штрихпунктирная линия), при этом для классической α,β-фильтрации измерения приходят с интервалом Т между разными диапазонами. На фиг. 8 представлены результаты моделирования оценивания скорости сближения по формуле (20)-(22).
На основании полученных результатов были сделаны следующие выводы.
1. Предлагаемый алгоритм позволяет существенно (в несколько раз) повысить точность слежения за маневрирующей целью по сравнению с использованием независимой фильтрации с периодом 2Т.
2. За счет более частой коррекции, СКО алгоритма комплексной обработки, характеризующее «однородность» оценивания, несколько меньше (5-10%), чем СКО оценивания любого из каналов в отдельности, даже при неравноточных измерениях.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, состоит в повышении точности и устойчивости сопровождения целей, в том числе маневрирующих, двухдиапазонными РЛС. Полученная система, инвариантная к изменению времени прихода измерений, может быть использована в двухдиапазонных РЛС на базе антенн с комбинированным электронно-механическим управлением положением луча.
Возможность достижения технического результата достигается путем обеспечения непрерывной выдачи потребителям более точных оценок координат целей по достаточно редким (дискретным) и неодновременно поступающим сигналам двухдиапазонной РЛС, отраженных от маневрирующей цели.
Функциональное назначение представленной на фигуре 1 структурной схемы состоит в преобразовании редко поступающих измерений дальности и скорости сближения с целью от двух антенн существенно более точные оценки дальности и скорости сближения и обеспечении большей устойчивости функционирования системы за счет адаптации к условиям применения и большей частоты формирования оценок.
Литература
[1] Верба В.С., Кондратенков Г.С., Меркулов В.И. Влияние многодиапазонной РЛС на системные показатели авиационного комплекса радиолокационного дозора и наведения. // Радиотехника. - 2011. - №1.
[2] Ярлыков М.С., Богачев А.С., Меркулов В.И., Дрогалин В.В. Радиоэлектронные комплексы навигации, прицеливания и управления вооружением летательных аппаратов. Т. 1. Теоретические основы. / Под ред. М.С. Ярлыкова. - М.: Радиотехника, 2012. - 504 с.
[3] Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. - М.: Радио и связь, 1991.
Claims (3)
-
- 1. Способ совместной обработки измерений дальности и скорости для двухдиапазонной радиолокационной системы с коррекцией коэффициентов усиления невязки, в котором для канала дальности оценки
а оценки
Здесь ΔД и ΔV - невязки измерений Ди дальности и Vи скорости сближения и их экстраполированных значений Дэ и Vэ, формируемые с интервалом Т; ΔД0 и ΔV0 - пороговые значения невязок, при превышении которых включается механизм коррекции коэффициентов усиления,
- признак наличия измерений; ξД, ξV - возмущения измерений дальности и скорости сближения, характеризуемые гауссовским шумом с дисперсиями DξД и DξV; τ<<T - шаг экстраполяции, αД(k), αД0, βД(k), βД0, αV(k), αV0, и βV(k), βV0 - соответственно текущие и начальные значения коэффициентов усиления невязок измерений для каналов дальности и скорости сближения. - 2. Система совместной обработки измерений дальности и скорости для двухдиапазонной радиолокационной системы с коррекцией коэффициентов усиления невязки, состоящая из двухдиапазонной радиолокационной системы 1; измерителя дальности 2 диапазона 1; измерителя дальности 3 диапазона 2; блока 4 формирования невязки дальности ΔД; блока 5 коррекции коэффициентов усиления невязки αД(k) и βД(k) для фильтра дальности; блока 6 коррекции прогноза
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014118366/07A RU2572079C2 (ru) | 2014-05-07 | 2014-05-07 | Способ и система совместной обработки измерений дальности и скорости для многодиапазонной радиолокационной системы кругового обзора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014118366/07A RU2572079C2 (ru) | 2014-05-07 | 2014-05-07 | Способ и система совместной обработки измерений дальности и скорости для многодиапазонной радиолокационной системы кругового обзора |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014118366A RU2014118366A (ru) | 2015-11-20 |
RU2572079C2 true RU2572079C2 (ru) | 2015-12-27 |
Family
ID=54552896
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014118366/07A RU2572079C2 (ru) | 2014-05-07 | 2014-05-07 | Способ и система совместной обработки измерений дальности и скорости для многодиапазонной радиолокационной системы кругового обзора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2572079C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2709785C1 (ru) * | 2019-03-06 | 2019-12-20 | Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Способ определения экстраполированных значений дальности и скорости сближения летательного аппарата с радиолокационным объектом |
RU2742737C1 (ru) * | 2020-03-25 | 2021-02-10 | Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Способ перехвата приоритетной цели, обеспечивающий срыв наведения истребителей сопровождения |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4961074A (en) * | 1987-12-23 | 1990-10-02 | B.E.L-Tronics Limited | Multiband radar detector |
US20080084346A1 (en) * | 2006-10-05 | 2008-04-10 | Jurgen Minichshofer | Radar system having a plurality of range measurement zones |
RU2346291C2 (ru) * | 2007-04-02 | 2009-02-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" | Многодиапазонный радиолокационный комплекс |
RU2496120C2 (ru) * | 2011-12-30 | 2013-10-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" | Многофункциональная многодиапазонная масштабируемая радиолокационная система для летательных аппаратов |
RU2497145C1 (ru) * | 2012-03-20 | 2013-10-27 | Открытое акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Многодиапазонный вертолетный радиолокационный комплекс |
-
2014
- 2014-05-07 RU RU2014118366/07A patent/RU2572079C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4961074A (en) * | 1987-12-23 | 1990-10-02 | B.E.L-Tronics Limited | Multiband radar detector |
US20080084346A1 (en) * | 2006-10-05 | 2008-04-10 | Jurgen Minichshofer | Radar system having a plurality of range measurement zones |
RU2346291C2 (ru) * | 2007-04-02 | 2009-02-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" | Многодиапазонный радиолокационный комплекс |
RU2496120C2 (ru) * | 2011-12-30 | 2013-10-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" | Многофункциональная многодиапазонная масштабируемая радиолокационная система для летательных аппаратов |
RU2497145C1 (ru) * | 2012-03-20 | 2013-10-27 | Открытое акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Многодиапазонный вертолетный радиолокационный комплекс |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ВЕРБА В.С. и др. Влияние многодиапазонной РЛС на системные показатели авиационного комплекса радиолокационного дозора и наведения. Радиотехника. "011, N1. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2709785C1 (ru) * | 2019-03-06 | 2019-12-20 | Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Способ определения экстраполированных значений дальности и скорости сближения летательного аппарата с радиолокационным объектом |
RU2742737C1 (ru) * | 2020-03-25 | 2021-02-10 | Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Способ перехвата приоритетной цели, обеспечивающий срыв наведения истребителей сопровождения |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014118366A (ru) | 2015-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10175348B2 (en) | Use of range-rate measurements in a fusion tracking system via projections | |
Musicki et al. | Geolocation using TDOA and FDOA measurements | |
KR101240629B1 (ko) | Ads-b 시스템이 탑재된 항공기를 이용한 미지신호 검출 및 발생원 위치 추정방법 | |
US9400324B2 (en) | Radar device | |
US10739452B2 (en) | Distance estimation using multiple phase differences | |
US20190086534A1 (en) | Radar altimeter sea state estimation | |
Svyd et al. | Method for Increasing the Interference Immunity of the Channel for Measuring of the Short-Range Navigation Radio System | |
CN103777178A (zh) | 一种同步误差补偿方法、设备及系统 | |
Battistelli et al. | A new approach for Doppler-only target tracking | |
Malanowski et al. | Two-stage tracking algorithm for passive radar | |
KR101389516B1 (ko) | 바이스태틱 레이더의 이미징 장치 및 이미징 방법 | |
CN104155653B (zh) | 一种基于特征距离子空间的sar后向投影成像方法 | |
CN103064084A (zh) | 基于距离频域的解模糊方法 | |
RU2572079C2 (ru) | Способ и система совместной обработки измерений дальности и скорости для многодиапазонной радиолокационной системы кругового обзора | |
Ristic et al. | Recursive Bayesian state estimation from Doppler-shift measurements | |
Shevtsov et al. | A Method for Increasing the Capacity of Radio Systems of Short-Range Navigation | |
RU2562616C1 (ru) | Способ получения радиотехнической информации и радиотехнический комплекс для его осуществления | |
RU2686481C1 (ru) | Адаптивный способ пространственного отождествления пеленгов с наземными источниками радиоизлучения и система для его реализации | |
RU2586078C2 (ru) | Однопозиционный пассивный радиоэлектронный комплекс для определения горизонтальных координат, элементов движения цели и коэффициента километрического затухания электромагнитного излучения цели | |
CN108107416B (zh) | 一种二次雷达低空探测杂波抑制方法 | |
Cho et al. | Deep complex-valued network for ego-velocity estimation with millimeter-wave radar | |
RU102267U1 (ru) | Радиолокационный комплекс мониторинга воздушного пространства и морских акваторий | |
Svyd et al. | A Method of Improving the Quality of Solving a Coordinate Problem in Short-Range Radio Engineering Systems | |
JP2016142578A (ja) | レーダ装置及びレーダ信号処理方法 | |
CN114488116B (zh) | 一种基于两部两坐标外源雷达系统的3d目标跟踪方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200508 |