RU2817619C1

RU2817619C1 - Способ отождествления пеленгов источников радиоизлучений по их радиотехническим характеристикам

Info

Publication number: RU2817619C1
Application number: RU2023123765A
Authority: RU
Inventors: Кирилл Денисович Зайков; Алексей Сергеевич Аникин; Фёдор Николаевич Захаров; Кирилл Алексеевич Ярков
Filing date: 2023-09-14
Publication date: 2024-04-17

Abstract

Изобретение относится к способу третичной обработки радиолокационной информации, использующей пассивные пространственно-разнесенные радиоэлектронные станции (РЭС), которые измеряют только азимутальное направление прихода сигнала (пеленга). Техническим результатом является возможность отождествления источника радиоизлучения (ИРИ) в динамическом режиме работы с увеличением вероятности правильного отождествления ИРИ по мере темпа поступления данных. В заявленном способе в алгоритм отождествления объектов вводят второй алгоритм отождествления, предназначенный для отождествления ИРИ в режиме реального времени с использованием одновыборочного t-критерия Стьюдента, и формируют базу данных формуляров для всех отождествленных ИРИ, которая динамически пополняется по мере отождествления и поступления информации. 1 ил.

Description

Изобретение относится к способу третичной обработки радиолокационной информации, использующей пассивные пространственно-разнесенные радиоэлектронные станции (РЭС), которые измеряют только азимутальное направление прихода сигнала (пеленга).

При многопозиционной радиолокации возникает задача отождествления радиолокационных отметок, полученных от различных источников радиоизлучения (ИРИ), по принадлежности к одной цели. Данная задача осуществляется на опорной приемной станции и является достаточно сложной и трудоемкой. Ее решение зачастую неоднозначно и занимает значительное время. На практике параметры ИРИ определяются разными источниками излучения с большими статическими погрешностями, которые вызваны ошибками передающих устройств и ошибками вторичной обработки на приемных станциях. Проблема отождествления между сигналами особенно актуальна, когда в рабочей зоне находится много ИРИ.

Полученные в результате отождествления пеленги на ИРИ используется для решения триангуляционной задачи определения дальности до объекта.

Известны способы отождествления пеленгов ИРИ в многопозиционных системах пассивной локации по патентам RU 96116768 и RU 98106642. В патенте RU 96116768 предлагается оценивать разность времени прихода сигналов в разнесенные приемные позиции. На основании полученных данных рассчитывается значение функции, учитывающей погрешность измерения задержек времени, и полученное значение сравнивается с пороговым уровнем, установленным по таблице хи-квадрат. В зависимости от полученного результата принимается решение об отождествлении целей.

В патенте RU 98106642 для каждой пары пеленгов вычисляется их разность. Для полученной разности рассчитывается квадратичная форма, учитывающая корреляционную матрицу замеров. Полученная величина сравнивается с пороговым уровнем, также определенным по таблице квантилей хи-квадрат распределения, и принимается решение об отождествлении целей.

Недостатком данных способов являются временные задержки и оценка их погрешностей измерений. Учет этих величин в пространственно-разнесенных станциях достаточно сложен и должен быть необходимым образом синхронизован.

Известен способ отождествления источников радиоизлучений по патенту RU 2557784 в котором вычисляются оценки координат состояния обнаруженных и сопровождаемых ИРИ, на основании которых производится отождествление результатов измерения координат.

Из уровня техники известен способ, описанный в патенте RU 2253126. Согласно данному способу, задача отождествления пеленгов ИРИ решается следующим образом. На основании измеренных в каждой из двух приемных позиций значений пеленгов ИРИ и собственных координат приемных позиций находят высоту ИРИ по отношению к каждой из приемных позиций. Разность полученных в двух пунктах приема высот сравнивают с пороговым уровнем, выбранным на основании дисперсии ошибок определения пеленгов ИРИ. По результатам сравнения принимают решение об отождествлении объектов. В данном случае высота ИРИ над поверхностью земли является инвариантом по отношению к измеряемым позициям.

Из уровня техники известен способ, описанный в патенте RU 268440. Согласно данному способу, задача отождествления ИРИ решается следующим образом. Сигналы от ИРИ принимаются двумя независимыми устройствами, размещенными на общем носителе. Неоднократно производятся измерения направления на ИРИ. При каждом измерении направления на все объекты формируют значения разности между направлениями на объект для каждой пары объектов в каждой паре систем. Рассчитывают математические ожидания и дисперсии совокупности разностей между направлениями на объект за период между первым измерением и текущим моментом времени. Далее среднее значение и дисперсия разностей между направлениями на объект сравнивают с порогом. По результатам сравнения принимают решение об отождествлении объектов.

Для рассмотренных выше изобретений существует общий недостаток: отождествление ИРИ происходит за счет использования особенностей взаимного расположения объектов относительно друг друга. Полученные результаты ограничены областью геометрических координат приемных позиций и наблюдаемых ими объектов, а также погрешностями измерений. Оценка угловых координат приводит к возможности неверного отождествления, поскольку с увеличением дальности до ИРИ возрастает погрешность определения местоположения наблюдаемого объекта.

Известен способ отождествления пеленгов источников радиоизлучений по их радиотехническим характеристикам двухпозиционными пассивными радиоэлектронными средствами. Данный способ является наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного изобретения и известен по патенту RU 2656370. Согласно данному способу задача отождествления ИРИ решается следующим образом. Сигнал принимается двумя пространственно-разнесенными пассивными радиоэлектронными средствами (РЭС1 и РЭС2). В приемнике выделяются формуляры каждого обнаруженного объекта от РЭС1 и от РЭС2, содержащих информацию о пеленге ИРИ и выборках значений его радиотехнических характеристиках - несущей частоте, длительности импульсов, периоде их повторения. Операция отождествления осуществляется в последовательном сличении формуляров каждого обнаруженного объекта от РЭС1 с каждым формуляром от РЭС2. ИРИ считается отождествленной если выполняется равенство средних значений в двух выборках РЭС1 и РЭС2 произвольного радиотехнического параметра на основании двухвыборочного t-критерия Стьюдента.

Недостатком способа прототипа является необходимость накопления выборки формуляров ИРИ, которое осуществляется продолжительным наблюдением за ИРИ. На практике продолжительное наблюдение за ИРИ невозможно, и требуется мгновенно отождествление ИРИ. Если применять данный алгоритм в режиме реального времени при малом количестве формуляров вероятность неправильного отождествления будет большой, поскольку двухвыборочной t-критерия Стьюдента при малых степенях свободы имеет большие значения. К недостаткам способа также стоит отнести привязку времени накопления к объему обрабатываемой выборки, который будет зависеть от типа ИРИ (например, следящая или не следящая) и периода сканирования антенны ИРИ.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность отождествления ИРИ в динамическом режиме работы с увеличением вероятности правильного отождествления ИРИ по мере темпа поступления данных.

Способ отождествления пеленгов источников радиоизлучений (ИРИ), обнаруженных на пространственно-разнесенных позициях двумя пассивными радиоэлектронными средствами (РЭС1 и РЭС2), заключающийся в том, что при работе в режиме реального времени последовательно сличают формуляры поступающие от РЭС содержащих информацию о пеленге ИРИ и выборках значений его радиотехнических характеристик - несущей частоте, длительности импульсов, периоде их повторения, отличающийся тем, что сличение формуляров происходит не со второй РЭС, а с базой данных формуляров ранее отождествленных ИРИ содержащую информацию о радиотехнических характеристик, путем проверки гипотезы об равенстве в двух выборках средних значений поступившего формуляра и любой ранее известной ИРИ произвольного радиотехнического параметра на основании одновыборочного t-критерий Стьюдента, в результате чего полагают, что формуляры сличены, подают команду на базу данных формуляров об обновлении формуляров соответствующей ИРИ по вновь поступившим данным и объявляют, что пеленги, полученные на пространственно-разнесенных позициях, принадлежат одному ИРИ, либо устанавливают факт, что формуляры не сличены, поэтому пеленги двухпозиционного РЭС принадлежат различным ИРИ, операцию сличения формуляров продолжают до тех пор, пока не останется возможных комбинаций, позволяющих сличать формуляры от РЭС и базы данных формуляров и, если отождествляемый ИРИ не был отождествлен, на базу данных формуляров ИРИ подают команду на запись нового ИРИ отличается тем, что при работе в режиме накопления информации о ИРИ последовательно сличают формуляры поступающие от РЭС содержащих информацию о пеленге ИРИ и выборках значений его радиотехнических характеристик - несущей частоте, длительности импульсов, периоде их повторения, с базой данных формуляров ранее отождествленных ИРИ содержащую информацию о радиотехнических характеристиках, путем проверки гипотезы об равенстве в двух выборках средних значений поступившего формуляра и любой ранее известной ИРИ произвольного радиотехнического параметра на основании двухвыборочного t-критерий Стьюдента, в результате чего полагают, что формуляры сличены, подают команду на базу данных формуляров об обновлении формуляров соответствующей ИРИ по вновь поступившим данным и объявляют, что пеленги, полученные на пространственно-разнесенных позициях, принадлежат одному ИРИ, либо устанавливают факт, что формуляры не сличены, поэтому пеленги двухпозиционного РЭС принадлежат различным ИРИ, операцию сличения формуляров продолжают до тех пор, пока не останется возможных комбинаций, позволяющих сличать формуляры от РЭС и базы данных формуляров и, если отождествляемый ИРИ не был отождествлен, на базу данных формуляров ИРИ подают команду на запись нового ИРИ.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание способа отождествления пеленгов источников радиоизлучений (ИРИ) в различных режимах: режим накопления и режим реального времени, принятых двумя пассивными РЭС (РЭС1 и РЭС2), одна из которых является головной, а вторая - вспомогательной. Полученные в результате отождествления пеленги используется для решения триангуляционной задачи определения дальности до объекта. Тем самым достигается возможность по определению координат ИРИ.

Для решения поставленной задачи в алгоритм отождествления объектов, описанный в прототипе (первый алгоритм), предлагается ввести следующие изменения:

Ввести второго алгоритм отождествления предназначенный для отождествления ИРИ в режиме реального времени с использованием одновыборочного t - критерия Стьюдента;

Формировать базу данных формуляров для всех отождествленных ИРИ, который будет динамически пополняться по мере отождествления и поступления информации.

Второй алгоритм отождествления предназначен для отождествления ИРИ в режиме реального времени и основан на использовании параметрическом одновыборочном t - критерии Стьюдента. Введение второго алгоритма, а не замена первого алгоритма, представленного в прототипе на второй, обусловлена большой вычислительной сложностью при применении второго алгоритма при одновременной передаче формуляров со вспомогательного ИРИ на головную.

Суть второго алгоритма заключается в следующем.

Выбирается одна из радиотехнических характеристик - например, несущая частота. С помощью нее обеспечивается сличение формуляров ИРИ базы данных формуляров (выборка 1) и единичного формуляра от главной и вспомогательной РЭС. Рассчитывают среднее значение несущей частоты выборки 2 полученной объединением выборки 1 с единичным формуляром от главной и вспомогательной РЭС. Находится среднеквадратичное отклонение выборки 2 и рассчитывается одновыборочный t-критерий Стьюдента. Иными словами, отождествление осуществляется не между головной и вспомогательной РЭС, а между БД формуляров известных ИРИ, а также главной и вспомогательной РЭС.

Значением полученного выражения является число, которое сравнивается с пороговым уровнем, выбранным из таблицы квантилей двухстороннего t-критерия Стьюдента и не превышающим заданный уровень. По результатам сравнения выдается сообщение о двух возможных вариантах действий:

1) обнаруженный объект не отождествляется, если рассчитанный критерий превышает выбранное значение из таблицы квантилей двухстороннего t-критерия Стьюдента;

2) отождествление обнаруженного объекта ИРИ ранее обнаруженному, если рассчитанный критерий меньше выбранного значения из таблицы квантилей двухстороннего t-критерия Стьюдента.

База данных формуляров для всех отождествленных ИРИ позволит увеличить объем выборки относительно которой будет осуществляться отождествления ИРИ. В базе данных создается новый порядковый номер ИРИ и пополняется формулярами в случае, если при применении одного из алгоритмов отождествления (в зависимости от режима работы) было принято решение об не отождествлении формуляров от вспомогательной РЭС. По мере отождествления формуляров и отождествления их к той или иной ИРИ ОЗУ формуляров пополняется для соответствующей ИРИ.

Представленные алгоритмы, дополненные базой данных формуляров ИРИ, позволяют осуществлять отождествление для неограниченного количество вспомогательных РЭС, а не только для одной пассивной РЭС.

Сущность изобретения поясняется структурной схемой способа отождествления пеленгов источника радиоизлучений, представленной на фиг. 1.

Обозначения на структурной схеме (фиг. 1):

1 и 2 - устройства формирования формуляров РЭС1 и РЭС2, содержащие выборки радиотехнических параметров (несущая частота, длительность импульсов, период их следования) и оценку пеленга, на котором обнаружен наблюдаемый объект.

3 - блок оценки статистических характеристик формуляров РЭС1 и РЭС2, где производится расчет средних значений (математическое ожидание) и дисперсий по принятым выборкам радиотехнических параметров для каждого формуляра ИРИ;

4 - устройство сличения формуляров, осуществляющий поочередное отождествление каждого формуляра азы банных с каждым формулярам РЭС1 и РЭС2;

5 - блок оценки статистических характеристик базы данных формуляров, где производится расчет средних значений (математическое ожидание) и дисперсий по принятым выборкам радиотехнических параметров для каждого формуляра ИРИ;

6 - база данных формуляров для всех отождествленных ИРИ, которая динамически пополняется по мере отождествления и поступления информации.

7 - пороговое устройство, принимающее решение об отождествлении ИРИ, используя t-критерий Стьюдента.

Заявленный способ отождествления ИРИ был апробирован на стенде полунатурного моделирования. Получены положительные результаты, что подтвердило реализуемость указанного способа.

В случае обнаружения двумя РЭС одних и тех же ИРИ первоначальной задачей является отождествление этих ИРИ, поскольку на пересечении пеленгов могут возникать отметки целей на ложных позициях.

Под отождествлением целей понимается процесс установления принадлежности ИРИ, обнаруженной РЭС1 на i-пеленге, j пеленгу РЭС2. При этом полагается, что РЭС1 является головной станцией, которой осуществляется обработка сигналов и отождествление пеленгов, а РЭС2 - вспомогательная станция. Полученные отметки целей РЭС2 по каналу радиосвязи передает в РЭС1, где осуществляется процесс отождествления.

В результате отождествленная ИРИ появляется пара пеленгов (∈_i, β_j):

ε_i⋅(ε₁, ε₂…ε_N) - произвольный пеленг РЭС1,

β_j (β₁, β₂…β_N) - произвольный пеленг РЭС2.

Сущность изобретения заключается в создании способа, позволяющего по сигнальным признакам ИРИ, отождествить пеленги наблюдаемого объекта с помощью двух пространственно-разнесенных радиоэлектронных средств. Иными словами, обеспечить возможность обработки принимаемого сигнала в едином информационном поле.

Согласно предлагаемому способу каждая из двух РЭС обнаруживает ИРИ и принимает излучаемый им радиосигнал на своей позиции. На выходе приемника РЭС1 формируется формуляр цели устройством 1, который содержит оценку пеленга i - цели (ε_i) и радиотехнические характеристики ИРИ.

Таким же образом формируется формуляр цели на выходе приемника РЭС2 устройством 2, содержащий оценку пеленга j- цели (β_j) и аналогичные радиотехнические характеристики.

Данный формуляр с выхода РЭС2 по радиолинии передается на приемную позицию, где располагается РЭС1. На пункте РЭС1 осуществляется обработка двух формуляров ИРИ и принимается решение об их отождествлении.

На РЭС1 хранится база данных формуляров в устройстве 6, которая включает в себя радиотехнические характеристики ИРИ, полученные от РЭС1 и РЭС2.

При отождествлении с накоплением информации о ИРИ:

При отождествлении с накоплением пеленги и радиотехнические параметры ИРИ накапливаются на n-интервале времени: выборку несущей частоты радиосигнала (f ₁ …f _n), выборку длительности импульсов (τ_1…τ_n), выборку периода следования импульсов (T ₁ … T _n).

Таким же образом формируется формуляр цели на выходе приемника РЭС2, содержащий оценку пеленга j-цели (β_j) и аналогичные радиотехнические характеристики на m-интервалах времени.

Формально, количество временных интервалов, содержащихся в обоих формулярах РЭС1 и РЭС2, может быть различным (m ≠ n).

Для осуществления отождествления выбирается одна из радиотехнических характеристик - например, несущая частота. С помощью нее обеспечивается сличение формуляров ИРИ от РЭС1 и РЭС2 с ранее отождествленной ИРИ радиотехнические характеристики которой хранятся в базе данных формуляров.

Для каждой из РЭС и базы данных формуляров в блоках 3 и 5 рассчитывают среднее значение несущей частоты за заданное количество интервалов измерений, соответственно:

среднее значение несущей частоты РЭС:

где n_РЭС - количество накопленной выборки несущей частоты РЭС;

среднее значение несущей частоты базы данных формуляров:

где n_БД - количество накопленной выборки несущей частоты в базе данных формуляров.

После этого в блоках 3 и 5 вычисляют дисперсии для каждого из РЭС и базы данных формуляров, соответственно:

дисперсия значений несущей частоты РЭС:

дисперсия значений несущей частоты базы данных формуляров:

Затем в устройстве 4.1 рассчитывают значение порогового уровня:

Значение t(n _РЭ _C + n _БД - 2) является числом, которое сравнивается в пороговом устройстве 7 с пороговым уровнем, выбранным из таблицы квантилей двухстороннего t-критерия Стьюдента и не превышающим 5%.

По результатам сравнения выдается сообщение о двух возможных вариантах действий. Первый вариант предусматривает условие, при котором обнаруженный объект с пеленгами (ε_i, β_j), полученными от двух РЭС, не отождествляется ранее отождествленной ИРИ. В этом случае объявляется о появлении новой РИЦ и база данных формуляров 6 пополняется новыми радиотехническими параметрами ИРИ.

Второй вариант предполагает, что заявленный объект отождествляется, то есть РЭС1 обнаружило ИРИ, имеющий пеленг (ε_i), а РЭС2 обнаружило тот же самый ИРИ на пеленге β_j в общей для них обоих системе координат. В этом случае база данных формуляров 6 пополняется отождествленной ИРИ.

При отождествлении в режиме реального времени:

При отождествлении в режиме реального времени каждой ИРИ сопоставляется одиночное измерение его радиотехнических параметров: несущая частота радиосигнала (f ₁), длительность импульса (τ₁), периода следования импульсов (T ₁).

Для каждой из РЭС и базы данных формуляров формируется выборка, по которой принимается решение об отождествлении пеленга РЭС к ИРИ, хранящейся в базе данных формуляров:

Рассчитывается среднее значение несущей частоты в блоке 3:

После этого в блоке 3 вычисляют дисперсии для каждого из РЭС и базы данных формуляров:

Затем в устройстве 4.2 рассчитывают значение порогового уровня:

Значение t(n _БД) является числом, которое сравнивается в пороговом устройстве 7 с пороговым уровнем, выбранным из таблицы квантилей двухстороннего t-критерия Стьюдента и не превышающим 5%.

По результатам сравнения выдается сообщение о двух возможных вариантах действий. Первый вариант предусматривает условие, при котором обнаруженный объект с пеленгами (ε _i, β_j), полученными от двух РЭС, не отождествляется ранее отождествленной ИРИ. В этом случае объявляется о появлении новой РИЦ и база данных формуляров 6 пополняется новыми радиотехническими параметрами ИРИ.

Второй вариант предполагает, что заявленный объект отождествляется, то есть РЭС1 обнаружило ИРИ, имеющий пеленг (ε _i), а РЭС2 обнаружило тот же самый ИРИ на пеленге β_j в общей для них обоих системе координат. В этом случае база данных формуляров 6 пополняется отождествленной ИРИ.

Таким образом, по известным пеленгами и координатам РЭС можно триангуляционным методом рассчитать дальность до ИРИ, тем самым определить его координаты.

Claims

Способ отождествления пеленгов источников радиоизлучений (ИРИ), обнаруженных на пространственно-разнесенных позициях двумя пассивными радиоэлектронными средствами (РЭС1 и РЭС2), заключающийся в том, что каждое из двух радиоэлектронных средств РЭС1 и РЭС2, одно из которых является головным, а второе – вспомогательным, обнаруживает излучаемый источником радиоизлучения (ИРИ) радиосигнал и принимает его на своей позиции, на выходе приемников РЭС1 и РЭС2 формируют формуляры цели, которые содержат оценку пеленга и выборку радиотехнических характеристик ИРИ: несущей частоты, длительности импульсов, периода их следования, формуляр с выхода РЭС2 по радиолинии передают на приемную позицию РЭС1, где осуществляется сличение двух формуляров ИРИ, сформированных РЭС1 и РЭС2, отличающийся тем, что сличение формуляров производят с базой данных формуляров, хранящейся на РЭС1, в которой записаны формуляры ранее отождествленных ИРИ, осуществляют поочередное отождествление каждого формуляра, хранящегося в базе данных, с каждым из формуляров РЭС1 и РЭС2, при этом отождествление пеленгов ИРИ проводят в одном из режимов: режиме накопления информации об ИРИ либо режиме реального времени, при котором каждому ИРИ сопоставляется одиночное измерение его радиотехнических параметров, а при отождествлении в режиме накопления информации об ИРИ на n-интервале времени накапливаются n пеленгов и n выборок радиотехнических параметров ИРИ, проводят оценку статистических характеристик формуляров РЭС1 и РЭС2 и формуляров, хранящихся в базе данных, рассчитывая средние значения и дисперсии по принятым выборкам радиотехнических параметров для каждого формуляра ИРИ, проверяют гипотезу о равенстве в двух выборках средних значений радиотехнических параметров поступившего формуляра и формуляра любого ранее известного ИРИ, хранящегося в базе данных, рассчитывая на основе дисперсии по принятым выборкам радиотехнических параметров t-критерий Стьюдента, сравниваемый с пороговым уровнем, при этом для проверки гипотезы при работе в режиме реального времени используют параметрический одновыборочный t - критерий Стьюдента, а при работе в режиме накопления информации об ИРИ – двухвыборочный t-критерий Стьюдента, в случае верности гипотезы полагают, что формуляры сличены, и подают команду на базу данных формуляров об обновлении формуляров соответствующего ИРИ по вновь поступившим данным и объявляют, что пеленги, полученные на пространственно-разнесенных позициях РЭС1 и РЭС2, принадлежат одному ИРИ, в противном случае устанавливают, что формуляры не сличены, и пеленги двухпозиционного РЭС принадлежат различным ИРИ, операцию сличения формуляров продолжают до тех пор, пока не останется возможных комбинаций, позволяющих сличать формуляры от РЭС и базы данных формуляров и, если отождествляемый ИРИ не был отождествлен, на базу данных формуляров ИРИ подают команду на запись нового ИРИ.