RU2707960C1 - Вероятностный вычислитель координаты - Google Patents

Вероятностный вычислитель координаты Download PDF

Info

Publication number
RU2707960C1
RU2707960C1 RU2018145897A RU2018145897A RU2707960C1 RU 2707960 C1 RU2707960 C1 RU 2707960C1 RU 2018145897 A RU2018145897 A RU 2018145897A RU 2018145897 A RU2018145897 A RU 2018145897A RU 2707960 C1 RU2707960 C1 RU 2707960C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
probabilistic
coordinates
coordinate
adder
probability
Prior art date
Application number
RU2018145897A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Евгеньевич Сапожников
Дмитрий Владимирович Моисеев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации
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 военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2018145897A priority Critical patent/RU2707960C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2707960C1 publication Critical patent/RU2707960C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G01S13/48—Indirect determination of position data using multiple beams at emission or reception
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/17—Function evaluation by approximation methods, e.g. inter- or extrapolation, smoothing, least mean square method

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к области сопровождения цели на траектории в обзорных радиолокационных станциях (РЛС). Достигаемый технический результат - разработка вероятностного вычислителя координаты на основе метода наименьших квадратов для усреднения полученных в результате трех последовательных, через равное время, измерениях координаты РЛС. Технический результат достигается путем использования вероятностных множительных устройств, в роли которых выступают двухвходовые конъюнкторы, регистры сдвига и вероятностный сумматор. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к области сопровождения цели на траектории в обзорных радиолокационных станциях.
Известны устройства аналогичного назначения, построенные на основе специализированных арифметико-логических устройствах, которые состоят из умножителей и сумматоров [Сатыга О.Г. Основы построения систем управления стрельбой корабельных артиллерийских комплексов и систем стабилизации корабельного вооружения. Академия военно-морских сил им. П.С. Нахимова. Севастополь. 2009. - С. 74-78]. Основными их недостатками являются сравнительно большой аппаратный объем и низкое быстродействие.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является разработка устройства для вычисления координаты, обладающего малым аппаратным объемом и способностью обрабатывать сигнал в масштабе реального времени.
Решение технической задачи достигается путем использования вероятностной формы представления данных, в связи с чем изменяется аппаратная реализация рассматриваемого прототипа.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является уменьшение аппаратного объема вероятностного вычислителя координат при сохранении точностных характеристик и возможности обработки входного сигнала в масштабе реального времени, достигаемым путем замены в прототипе аналоговых усилителей на блоки вероятностного умножения, а цифрового комбинационного сумматора на вероятностный сумматор.
Сущность изобретения поясняется чертежом Фиг., на котором изображена функциональная схема вероятностного вычислителя координаты, где:
1.1, 1.2, 1.3 - регистры хранения значений измеренных координат X1, Х2 и Х3;
2.1, 2.2, 2.3 - регистры хранения значений поправочных коэффициентов
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
соответственно;
3.1, 3.2, 3.3 - двухвходовые конъюнкторы, выполняющие функцию арифметических умножителей вероятностно представленных операндов;
4 - вероятностный сумматор в роли которого может выступать схема [Пат. 171033 Российская Федерация, МПК G06F 19/00 Параллельный вероятностный сумматор / Моисеев Д.В., Сапожников Н.Е.; заявитель ЧВВМУ им. П.С. Нахимова. - №2017100704; заявл. 10.01.2017; опубл. 17.05.2017, бюл. №14.].
Устройство рассчитано на вычисление координаты Xi в i-ом наблюдении используя метод наименьших квадратов (МНК).
Расчет координаты цели по МНК при линейной гипотезе движения цели обозначим
Figure 00000004
и определим по формуле:
Figure 00000005
где:
Figure 00000006
Функция (2) является весовой функцией оценки параметров, которые при решении задачи оценки параметров по методу МНК определяются заранее и вводятся в специально отведенные для них регистры.
При n=3:
Figure 00000007
Вероятностный вычислитель координаты функционирует следующим образом - до начала работы на входы схемы подаются значения поправочных коэффициентов и значения трех последних измеренных через равный промежуток времени - Т, соответствующий времени поворота антенны, представленные в виде вероятностных отображений.,
В наиболее простом случае вероятностного преобразования, значение параметра преобразуемой величины либо всегда положительно, либо всегда отрицательно, а сам процесс преобразования выполняется в соответствии с правилом
Figure 00000008
где xi - i-e значение параметра преобразуемого сигнала X(t);
R(tij) - j-е значение параметра вспомогательного случайного сигнала R(t), изменяющегося в интервале изменения X(t);
Figure 00000009
- число циклов преобразования сигнала X(t);
Figure 00000010
- количество статистических испытаний каждого значения хi внутри временного интервала Δti=ti+l-ti;
yij - значение вероятностного отображения параметра сигнала xi из ряда Yi(t) = {yi1; yi2; … yij; … yiK}.
Вероятностное отображение обладает свойствами синхронности (тактируемости) и независимости каждого члена отображения от любого другого.
Первое свойство заключается в том, что формирование членов вероятностного отображения производится через постоянный интервал времени Δti=ti+l-ti, определяемый частотой ƒj=1/Δtj выполнения правила (4).
Свойство независимости каждого члена вероятностного отображения yij от любого другого следует из того факта, что получение вероятностного отображения соответствует схеме испытаний Бернулли. Для случайной последовательности, полученной в соответствии с данной схемой, автокорреляционная функция представляет собой δ-функцию при τ=0. Для доказательства этого следует показать, что повторные испытания в соответствии с (4) также являются независимыми. Значения вспомогательной случайной функции R(t) формируются в дискретные моменты времени. В любой момент времени функция может находиться только в одном из своих состояний rij с вероятностью Pj(t). Очевидно, что для любого t
Figure 00000011
и при заданных вероятностях Pj(t) распределение rij может быть задано плотностью вероятности:
Figure 00000012
где
Figure 00000013
есть распределение фиксированной величины rij, определяемое функцией Дирака.
Использование этих свойств и применение вероятностно представленных дискретных сигналов позволяет упростить функциональные узлы для выполнения арифметических и логических операций, в частности, сложения, вычитания, умножения, возведения в целую степень, деления, компарации и т.д. и, тем самым, резко уменьшить их аппаратурный объем.
С учетом исходного правила преобразования, вероятности появления «1» и «0» в вероятностном отображении равняются:
P(yij=1)=P[R(tij)〈xi],
P(yij=0)=1-P[R(tij)〈xi].
Математическое ожидание от вероятностного отображения определяется через ряд распределения для дискретной случайной величины yij
Figure 00000014
Тогда
Figure 00000015
Таким образом, вероятность появления «1» в вероятностном отображении есть математическое ожидание от отображения и численно равняется значению интегрального закона распределения вспомогательного сигнала R(t) при уровне сравнения xi.
Особый интерес представляет случай, когда вспомогательный случайный сигнал R(t) подчиняется равномерному закону распределения в соответствии с
Figure 00000016
Для него последнее выражение для МО перепишется в виде:
M[Yi(t)]=P(yij=1)=xi,
т.е. имеем случай линейного вероятностного преобразования.
Таким образом, количество единиц в вероятностном отображении соответствует весу значения преобразуемого в вероятностную форму, что в свою очередь позволяет выполнять операцию умножения вероятностно представленного операнда на операнд представленный в двоичных позиционных кодах. Примером преобразователя информации в вероятностные отображения может служить схема - Пат. 2660831 Российская Федерация, МПК Н03М 7/00 (2006.01) Преобразователь двоичный код - вероятностное отображение / Д.В. Моисеев, Н.Е. Сапожников; заявитель и патентообладатель ФГБВОУ ВО ЧВВМУ им. П.С. Нахимова Министерства обороны Российской Федерации (RU). - №2017100609, заявл. 10.01.2017; опубл. 10.07.2018 Бюл. №18
Значения с входов схемы записываются в регистры сдвига: измеренные значения координат в регистры (1.1), (1.2) и (1.3), а поправочные коэффициенты в регистры (2.1), (2.2) и (2.3) соответственно.
После выполнения записи поправочных коэффициентов и значений измеренных координат, представленных в виде вероятностных отображений в соответствующие регистры сдвига начинается работа схемы вероятностного вычислителя координаты: значения измеренных координат Xi и соответствующим им поправочным коэффициентам Mi поступают на входы конъюнкторов (3.1), (3.2) и (3.3) соответственно.
Для вычисления произведения двух величин, представленных в виде вероятностных отражений, следует воспользоваться соотношением:
Figure 00000017
откуда следует, что для вычисления произведения двух вероятностно представленных сомножителей необходим один двухвходовой конъюнктор.
Результаты произведения Х1 на М1, Х2 на М2 и Х3 на М3 поступают на схему параллельного вероятностного сумматора (4).
Для нахождения суммы вероятностно представленных сигналов воспользуемся соотношением:
Figure 00000018
Выход сумматора (4) является выходом всей схемы.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого вероятностного вычислителя координаты состоит в уменьшении его аппаратного объема при сохранении точностных характеристик и возможности обработки входного сигнала в реальном масштабе времени.

Claims (1)

  1. Вероятностный вычислитель координаты, характеризующийся тем, что в состав схемы входят три последовательных регистра хранения результатов измерения координаты, три регистра хранения поправочных коэффициентов, три двухвходовых конъюнктора и один параллельный сумматор на три входа, в начале работы схемы в регистры хранения результатов измерения координаты загружаются вероятностные отображения трех последних измеренных координат, в регистры хранения поправочных коэффициентов загружаются вероятностные отображения соответствующих поправочных координат, после чего вероятностные отображения с выходов соответствующих регистров хранения поправочных коэффициентов и регистров хранения результатов измерения координаты попарно параллельно поступают на входы двухвходовых конъюнкторов, выполняющих функцию множительных устройств, произведение соответствующих координат и поправочных коэффициентов с выходов трех коньюнкторов поступают параллельно на входы вероятностного сумматора, на выходе которого формируется сумма произведений измеренных координат на соответствующие им поправочные коэффициенты, выход сумматора является выходом всей схемы.
RU2018145897A 2018-12-21 2018-12-21 Вероятностный вычислитель координаты RU2707960C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145897A RU2707960C1 (ru) 2018-12-21 2018-12-21 Вероятностный вычислитель координаты

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145897A RU2707960C1 (ru) 2018-12-21 2018-12-21 Вероятностный вычислитель координаты

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2707960C1 true RU2707960C1 (ru) 2019-12-03

Family

ID=68836464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018145897A RU2707960C1 (ru) 2018-12-21 2018-12-21 Вероятностный вычислитель координаты

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2707960C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU209626U1 (ru) * 2021-10-15 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Вероятностный пеленгатор

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU942037A1 (ru) * 1978-12-18 1982-07-07 Государственное Союзное Конструкторско-Технологическое Бюро По Проектированию Счетных Машин Веро тностный коррелометр
RU2005106658A (ru) * 2005-03-09 2006-08-20 ООО "Нивелир" (RU) Способ определения вероятностной зоны местонахождения источника радиоизлучения при больших погрешностях пеленгования
US20090234523A1 (en) * 2008-03-13 2009-09-17 Vishram Vinayak Nandedkar System and method for determining a quality of a location estimation of a powered system
US9424750B2 (en) * 2011-11-28 2016-08-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle control system, specific object determination device, specific object determination method, and non-transitory storage medium storing specific object determination program
RU171033U1 (ru) * 2017-01-10 2017-05-17 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Параллельный вероятностный сумматор
JP2017227452A (ja) * 2016-06-20 2017-12-28 沖電気工業株式会社 伝搬損失の算出装置および算出方法
RU180966U1 (ru) * 2017-11-15 2018-07-02 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Вероятностное арифметическое устройство

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU942037A1 (ru) * 1978-12-18 1982-07-07 Государственное Союзное Конструкторско-Технологическое Бюро По Проектированию Счетных Машин Веро тностный коррелометр
RU2005106658A (ru) * 2005-03-09 2006-08-20 ООО "Нивелир" (RU) Способ определения вероятностной зоны местонахождения источника радиоизлучения при больших погрешностях пеленгования
US20090234523A1 (en) * 2008-03-13 2009-09-17 Vishram Vinayak Nandedkar System and method for determining a quality of a location estimation of a powered system
US9424750B2 (en) * 2011-11-28 2016-08-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle control system, specific object determination device, specific object determination method, and non-transitory storage medium storing specific object determination program
JP2017227452A (ja) * 2016-06-20 2017-12-28 沖電気工業株式会社 伝搬損失の算出装置および算出方法
RU171033U1 (ru) * 2017-01-10 2017-05-17 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Параллельный вероятностный сумматор
RU180966U1 (ru) * 2017-11-15 2018-07-02 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Вероятностное арифметическое устройство

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU209626U1 (ru) * 2021-10-15 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Вероятностный пеленгатор

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pathiraja et al. Data‐driven model uncertainty estimation in hydrologic data assimilation
CN108226920B (zh) 一种基于预测值处理多普勒量测的机动目标跟踪系统及方法
CN101777887B (zh) 基于fpga的无迹卡尔曼滤波系统及并行实现方法
CN106970370B (zh) 基于混沌神经网络的雷达多目标跟踪优化方法
US9188666B2 (en) System and method for distribution free target detection in a dependent non-Gaussian background
CN111722214A (zh) 雷达多目标跟踪phd实现方法
RU152617U1 (ru) Устройство радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующей воздушной цели
RU171033U1 (ru) Параллельный вероятностный сумматор
RU2707960C1 (ru) Вероятностный вычислитель координаты
RU2713627C1 (ru) Вычислитель экстрополированной координаты и скорости её изменения по методу наименьших квадратов
Kumar Hybrid unscented Kalman filter with rare features for underwater target tracking using passive sonar measurements
CN110636439A (zh) 位置获取方法及装置
Sit et al. Characterizing evaporation ducts within the marine atmospheric boundary layer using artificial neural networks
CN101727514B (zh) 一种被动雷达接收机仿真方法
CN115390062B (zh) 一种空气阻力下高速目标徒动补偿方法、装置和设备
Lau et al. Tracking a coordinated group using expectation maximisation
Garapati Vaishnavi et al. Underwater bearings-only tracking using particle filter
Abedi et al. A new recursive satellite selection method for multi-constellation GNSS
CN115327503A (zh) 基于高斯粒子滤波的固定单站无源定位方法和相关装置
RU2679598C1 (ru) Способ адаптивного сопровождения радиолокационных целей и устройство для его реализации
Xin et al. Order analysis comparison between traditional fourier transform-based atmospheric turbulence compensation methods and new well optimized linear finder methodology
CN113281776A (zh) 针对复杂水下动态目标的激光雷达目标智能检测仪
Yu et al. Neural network aided unscented kalman filter for maneuvering target tracking in distributed acoustic sensor networks
RU2635657C2 (ru) Обнаружитель маневра баллистической ракеты по фиксированной выборке произведений дальности на радиальную скорость
Kim et al. Non-recursive estimation using a batch filter based on particle filtering