RU2792087C1 - Method for tracking moving objects by radio station with radiometer - Google Patents
Method for tracking moving objects by radio station with radiometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2792087C1 RU2792087C1 RU2022118143A RU2022118143A RU2792087C1 RU 2792087 C1 RU2792087 C1 RU 2792087C1 RU 2022118143 A RU2022118143 A RU 2022118143A RU 2022118143 A RU2022118143 A RU 2022118143A RU 2792087 C1 RU2792087 C1 RU 2792087C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- objects
- radio station
- tracking
- radiometer
- vectors
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к системам слежения за движущимися воздушными объектами с помощью приемопередающей радиостанции, обрабатывающей сигналы отражения от объектов.The invention relates to systems for tracking moving air objects using a transceiver radio station that processes reflection signals from objects.
При слежении за движущимися объектами с помощью радиостанции находят оценки угловых координат источников сигналов амплитудным, моноимпульсным или фазовым методами [1], а также определяют радиальные дальности до объектов и осуществляют слежение за ними (сопровождение) во времени путем построения траекторий их движения. При этом дополнительную информацию об объектах извлекают из характеристик принимаемых сигналов, например, амплитуд.When tracking moving objects with the help of a radio station, estimates of the angular coordinates of signal sources are found by amplitude, monopulse or phase methods [1], as well as determining the radial distances to objects and tracking them (tracking) in time by constructing their motion trajectories. In this case, additional information about the objects is extracted from the characteristics of the received signals, for example, amplitudes.
Вместе с тем для повышения вероятности обнаружения объектов, а также для распознавания типов объектов по их энергетическим характеристикам сигнальной информации недостаточно. Энергетическую характеристику в виде температуры могут давать тепловизоры, работающие в оптическом диапазоне длин волн. Однако их работа ограничена условиями наблюдения. Радиометры измеряют радиояркостную температуру объектов в радиодиапазоне длин волн и позволяют проводить измерения в любых условиях [2, 3]. Однако они обладают большим временем накопления сигнала (от 0,1 до 1 с), что не позволяет применять их для слежения за движущимися объектами.At the same time, to increase the probability of detecting objects, as well as to recognize the types of objects by their energy characteristics, signal information is not enough. An energy characteristic in the form of temperature can be given by thermal imagers operating in the optical wavelength range. However, their work is limited by the conditions of observation. Radiometers measure the radiobrightness temperature of objects in the radio wavelength range and allow measurements to be made under any conditions [2, 3]. However, they have a long signal accumulation time (from 0.1 to 1 s), which does not allow them to be used for tracking moving objects.
Возникает задача использования радиометров в составе радиостанции для слежения за объектами. Известны способы сопровождения объектов с помощью построения траекторий их движения в последовательности периодов радиолокационного обзора [1, 4, 5].The problem arises of using radiometers as part of a radio station for tracking objects. Known methods of tracking objects by constructing the trajectories of their movement in the sequence of periods of radar coverage [1, 4, 5].
Рассмотрим в качестве прототипа способ обнаружения и траекторного сопровождения объектов [4, с. 108] в последовательности периодов обзора, который алгоритмически может быть реализован следующим образом.Consider as a prototype the method of detection and trajectory tracking of objects [4, p. 108] in the sequence of review periods, which can be algorithmically implemented as follows.
1. В первых двух периодах обзора принимаемые сигналы подвергают первичной обработке, по результатам которой определяют векторы оценок пространственных координат источников отраженных сигналов и амплитуды сигналов. Векторы оценок, найденные в соседних периодах обзора, соединяют в пары векторов, дающих начальную линейную модель траектории.1. In the first two periods of the review, the received signals are subjected to primary processing, the results of which determine the vectors of estimates of the spatial coordinates of the sources of reflected signals and the amplitude of the signals. The evaluation vectors found in adjacent survey periods are combined into pairs of vectors that give the initial linear trajectory model.
2. В третьем и последующих периодах обзора каждой полученной в предыдущем периоде траектории ставят в соответствие вновь определенные векторы, попавшие в доверительную область, построенную относительно экстраполированных координат траектории. Экстраполяцию осуществляют с учетом модели траектории и длительности периода обзора.2. In the third and subsequent review periods, each trajectory obtained in the previous period is put in correspondence with newly determined vectors that fall into the confidence region constructed relative to the extrapolated trajectory coordinates. Extrapolation is carried out taking into account the trajectory model and the duration of the survey period.
3. Все векторы, попавшие в доверительную область ранее полученной траектории, дают продолжения траектории путем их присоединения к траектории и уточнения оценок параметров ее принятой модели (линейной или более высокого порядка). Вычисляют показатель правдоподобия каждой траектории в виде суммы квадратов невязок - отклонений всех присоединенных векторов относительно модели траектории. Дополнительно в составе показателя могут включают квадраты невязок амплитуд сигналов.3. All vectors that fell into the confidence region of the previously obtained trajectory give continuations of the trajectory by attaching them to the trajectory and refining the estimates of the parameters of its adopted model (linear or higher order). The likelihood index of each trajectory is calculated as a sum of squared residuals - deviations of all attached vectors relative to the trajectory model. Additionally, the squares of the residuals of the signal amplitudes can be included in the index.
4. Если в доверительной области не оказывается ни одного вектора, то для ранее полученной траектории фиксируют пропуск. Для такой траектории строят доверительную область на следующий период обзора с учетом ошибки экстраполяции. При заданном числе пропусков подряд траекторию сбрасывают с рассмотрения как ложную или делают заключение о выходе объекта за пределы видимости.4. If there is not a single vector in the trust region, then a gap is fixed for the previously obtained trajectory. For such a trajectory, a confidence region is built for the next review period, taking into account the extrapolation error. With a given number of skips in a row, the trajectory is discarded from consideration as false or a conclusion is made about the object going out of visibility.
5. Векторы, не вошедшие в состав траекторий, рассматривают как начальные векторы для образования новых траекторий. К ним в следующем периоде обзора присоединяю парные векторы и тем самым задают начальные линейные траектории, которые в последующих периодах обрабатывают в соответствии с пп. 2-4 для принятой модели траектории.5. Vectors that are not included in the trajectories are considered as initial vectors for the formation of new trajectories. In the next review period, I add paired vectors to them and thereby set the initial linear trajectories, which are processed in subsequent periods in accordance with paragraphs. 2-4 for the received trajectory model.
6. Все сформированные в текущем периоде обзора траектории и не присоединенные векторы (с определенной меткой) получают новую нумерацию. Запоминают присоединенные к траекториям векторы (или их номера в общем списке), параметры траекторий и показатели правдоподобия.6. All trajectories formed in the current review period and not attached vectors (with a certain label) receive a new numbering. The vectors attached to the trajectories (or their numbers in the general list), trajectory parameters and likelihood indicators are remembered.
7. При наличии определенного количества присоединенных к траекториям векторов последовательно выбирают группы с наименьшими суммарными квадратами невязок и не имеющие общих векторов (допускается малое количество пересечений). Такие группы считают обнаруженными и передают на сопровождение их траекторий.7. If there is a certain number of vectors attached to the trajectories, groups with the smallest total squares of residuals and no common vectors are sequentially selected (a small number of intersections is allowed). Such groups are considered detected and transferred to the tracking of their trajectories.
8. Далее на этапе сопровождения траекторий распознают принадлежность объекта определенному классу по скорости, маневренности (изменении положения вектора скорости) и характеристикам сигнала отражения.8. Further, at the stage of tracking the trajectories, the belonging of the object to a certain class is recognized by speed, maneuverability (change in the position of the velocity vector) and characteristics of the reflection signal.
Данный способ обладает следующим недостатком. Он не учитывает при сопровождении энергетических характеристик объектов, что может приводить к ошибкам классификации и неверным последующим решениям.This method has the following disadvantage. It does not take into account the energy characteristics of objects when maintaining, which can lead to classification errors and incorrect subsequent decisions.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение этого недостатка, а именно, на использование совместно с радиостанцией сканирующего радиометра для измерения радиояркостной температуры объектов, подлежащих траекторному сопровождению, с целью более эффективного распознавания типа объектов.The proposed technical solution is aimed at eliminating this disadvantage, namely, using a scanning radiometer together with a radio station to measure the radio brightness temperature of objects subject to trajectory tracking in order to more effectively recognize the type of objects.
Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа слежения за движущимися объектами радиостанцией с радиометром, который заключается в первичной обработке принимаемых сигналов в периодах обзора радиостанции, определении по результатам первичной обработки векторов оценок координат источников сигналов, соединении векторов, найденных в соседних периодах обзора в группы по принадлежности траекториям и передаче на сопровождение траекторий с непересекающимися группами и наименьшими суммарными квадратами невязок векторов, отличающийся тем, что совмещают с радиостанцией сканирующий радиометр и на этапе сопровождения объектов ранжируют объекты по степени важности и в порядке ранжирования последовательно переводят линию визирования антенны радиометра в направлении экстраполированного положения каждого объекта с угловой скоростью, равной угловой скорости движения объекта по траектории, и измеряют радиояркостную температуру за время перемещения объекта в экстраполированное положение, после чего классифицируют объекты по принадлежности определенным классам с учетом измеренной радиояркостной температуры и траекторных параметров.The technical result of the proposed technical solution is achieved by using the method of tracking moving objects by a radio station with a radiometer, which consists in the primary processing of the received signals in the periods of the review of the radio station, determining the results of the initial processing of the vectors of estimates of the coordinates of the signal sources, connecting the vectors found in adjacent periods of the review into groups by belonging to trajectories and transmission to tracking of trajectories with non-intersecting groups and least sum squares of residuals of vectors, characterized in that the scanning radiometer is combined with the radio station and at the stage of tracking objects the objects are ranked according to the degree of importance and, in the ranking order, the line of sight of the radiometer antenna is sequentially transferred in the direction of the extrapolated position of each object with an angular velocity equal to the angular velocity of the object along the trajectory, and the radio brightness temperature is measured during the time the object moves to the extreme the polished position, after which the objects are classified according to belonging to certain classes, taking into account the measured radio brightness temperature and trajectory parameters.
Алгоритмически способ осуществляют следующим образом.Algorithmically, the method is carried out as follows.
1. Выполняют операции пп. 1-7 способа прототипа.1. Perform the operations of paragraphs. 1-7 prototype ways.
2. Ранжируют подлежащие сопровождению траектории по степени важности в зависимости от дальности и направления вектора скорости.2. The trajectories to be tracked are ranked in order of importance depending on the range and direction of the velocity vector.
3. В порядке ранжирования находят упрежденное положение каждого объекта в виде вектора экстраполированных координат на момент времени ti+τi, где τi - длительность промежутка времени, необходимого для вывода линии визирования радиометра в упрежденную точку , и осуществляют перевод линии визирования антенны радиометра с угловой скоростью движения объекта по траектории (относительно радиометра) в направлении. .3. In the order of ranking, find the predicted position of each object in the form of a vector of extrapolated coordinates at the time t i +τ i , where τ i is the duration of the time period required to bring the line of sight of the radiometer to the predicted point , and transfer the line of sight of the radiometer antenna with the angular velocity of the object along the trajectory (relative to the radiometer) in the direction. .
4. Для этого определяют угол между ортами векторов направлений на текущее и экстраполированное положения объекта (с помощью скалярного произведения векторов) и делят угол на время движения объекта из текущего в экстраполированное положение. Принимается прямолинейное движение объекта за время накопления сигнала радиометром, не превышающее долей секунды или секунды.4. To do this, determine the angle between the vectors of direction vectors to the current and extrapolated positions of the object (using the scalar product of vectors) and divide the angle by the time the object moves from the current to the extrapolated position. Rectilinear motion of the object is assumed during the time of signal accumulation by the radiometer, which does not exceed a fraction of a second or a second.
5. Измеряют с помощью радиометра радиояркостную температуру объекта за время его перемещения в экстраполированное положение и запоминают. Повторяют подобные операции измерения радиояркостной температуры для каждого объекта в порядке ранжирования.5. Using a radiometer, the radiobrightness temperature of the object is measured during its movement to the extrapolated position and memorized. Similar operations are repeated for measuring the brightness temperature for each object in the order of ranking.
6. Классифицируют объекты по принадлежности определенным классам с учетом измеренной радиояркостной температуры и траекторных параметров.6. Classify objects according to belonging to certain classes, taking into account the measured radio brightness temperature and trajectory parameters.
ЗаключениеConclusion
Применение предложенного способа позволит повысить вероятность правильной классификации обнаруженных объектов при их сопровождении за счет измерения радиояркостной температуры за время перемещения объектов в экстраполированные положения. Способ может быть использован в существующих радиотехнических системах пеленгации объектов.The application of the proposed method will increase the probability of correct classification of detected objects when they are accompanied by measuring the radio brightness temperature during the movement of objects to extrapolated positions. The method can be used in existing radio engineering systems for finding objects.
ЛитератураLiterature
1. Бакулев П.А. Радиолокационные системы: учебник для вузов. М.: Радиотехника, 2007. 376 с.1. Bakulev P.A. Radar systems: a textbook for universities. M.: Radiotehnika, 2007. 376 p.
2. Шарков Е.А. Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физические основы: в 2 т./ Т. 1. ИКИ РАН, 2014. 544 с.2. Sharkov E.A. Radiothermal remote sensing of the Earth: physical foundations: in 2 volumes / V. 1. IKI RAS, 2014. 544 p.
3. Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов / Под ред. Р.П. Быстрова и А.В. Соколова. М: Радиотехника, 2008. 320 с.3. Passive radar: methods of object detection / Ed. R.P. Bystrov and A.V. Sokolov. M: Radio engineering, 2008. 320 p.
4. Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. М.: Радио и связь, 1986. 352 с.4. Kuzmin S.Z. Fundamentals of designing systems for digital processing of radar information. Moscow: Radio and communication, 1986. 352 p.
5. Фарина А., Студер Ф. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей: пер. с англ. / Под ред. А.Н. Юрьева, A.M. Бочкарева. М.: Радио и связь, 1993. 319 с.5. Farina A., Studer F. Digital processing of radar information. Accompanying goals: Per. from English. / Ed. A.N. Yurieva, A.M. Bochkareva. Moscow: Radio and communication, 1993. 319 p.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2792087C1 true RU2792087C1 (en) | 2023-03-16 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2047874C1 (en) * | 1993-08-18 | 1995-11-10 | Черный Игорь Владимирович | Method of remote diagnosis of condition of system "ocean-atmosphere" and device for its realization |
US6915239B2 (en) * | 2001-01-19 | 2005-07-05 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for opportunistic decision support from intermittent interconnected sensors and data archives |
RU2681519C1 (en) * | 2018-04-02 | 2019-03-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method for determining trajectories of movement of objects in radiometric vision system |
WO2021174291A1 (en) * | 2020-03-06 | 2021-09-10 | Christopher Colin Stephen | An emergency response system and method |
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 |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2047874C1 (en) * | 1993-08-18 | 1995-11-10 | Черный Игорь Владимирович | Method of remote diagnosis of condition of system "ocean-atmosphere" and device for its realization |
US6915239B2 (en) * | 2001-01-19 | 2005-07-05 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for opportunistic decision support from intermittent interconnected sensors and data archives |
RU2681519C1 (en) * | 2018-04-02 | 2019-03-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method for determining trajectories of movement of objects in radiometric vision system |
WO2021174291A1 (en) * | 2020-03-06 | 2021-09-10 | Christopher Colin Stephen | An emergency response system and method |
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 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
С.З. Кузьмин "Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации", Москва, "Радио и связь", 1986, стр. 352. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10175348B2 (en) | Use of range-rate measurements in a fusion tracking system via projections | |
US6522288B1 (en) | Method and apparatus for determining location of objects based on range readings from multiple sensors | |
Chen et al. | A modified probabilistic data association filter in a real clutter environment | |
CN103076605A (en) | Secondary surveillance radar track extraction method for multimode polling and S-mold roll-calling interrogation | |
JP2000501839A (en) | Tracking method for radar systems | |
RU2624461C1 (en) | Method of determining coordinates of object | |
Poisson et al. | Ground moving target trajectory reconstruction in single-channel circular SAR | |
RU2694023C1 (en) | Method of finding conjugate direction vectors on moving objects | |
Shepeta et al. | Accuracy characteristics of object location in a two-position system of small onboard radars | |
CN112285698B (en) | Multi-target tracking device and method based on radar sensor | |
US5400264A (en) | Suboptimal joint probabilistic data association | |
JP2007010367A (en) | Airport surface monitoring system and flight path integration device used therefor | |
RU2792087C1 (en) | Method for tracking moving objects by radio station with radiometer | |
CN110471029A (en) | A kind of Single passive location method and device based on Extended Kalman filter | |
RU2304789C1 (en) | Method of radar tracking of object's trajectory | |
RU2757197C1 (en) | Method for determining the coordinates of a radio emitting object in the working area of a multipositional passive radio engineering complex and apparatus for implementation thereof | |
RU2681519C1 (en) | Method for determining trajectories of movement of objects in radiometric vision system | |
RU2786046C1 (en) | Method for detecting moving objects by passive receiver system together with radiometer | |
CN109188417A (en) | The method that single station Passive Positioning is carried out to scan-type radiation source using unmanned aerial vehicle platform | |
US10267895B1 (en) | Doppler-assisted sensor fusion | |
Li et al. | Simultaneous target and multipath positioning with MIMO radar | |
RU2667517C1 (en) | Method of radar location of space (variants) | |
Blasch et al. | Distributed tracking fidelity-metric performance analysis using confusion matrices | |
CN113325410A (en) | Radar antenna signal processing method and device, control equipment and storage medium | |
CN113009472A (en) | Method and system for determining the position and/or the velocity of at least one object |