Третичная (мультирадарная) обработка – это процесс обработки сигналов или объединения первичной РЛИ по пространству с целью улучшения характеристик радиолокационного наблюдения.

Если сигналы или первичную РЛИ, полученные в отдельных пунктах наблюдения, передать и сосредоточить в некотором центре обработки, то это позволит использовать дополнительную энергетику, корреляционные связи и пространственное подобие первичной РЛИ об одной цели от разных источников.

Энергетика принятого сигнала, которую можно использовать, пропорциональна суммарному раскрыву разреженной антенны.

Корреляционные связи принятых в разных точках пространства сигналов определяются расстоянием между этими точками и интервалом пространственной корреляции рассеянного или излученного целью сигнала. Последний определяется длиной волны l, раскрывом антенны излучающей системы L а и расстоянием от цели до зоны анализа R ц: . Если расстояние между пунктами приема Dl меньше интервала пространственной корреляции сигнала dl, то принятые в этих пунктах приема сигналы являются коррелированными и их коэффициент корреляции можно считать равным

. (10.15)

В противном случае сигналы некоррелированы.

Пространственное подобие первичной РЛИ об одной цели от разных источников, обусловленное фактическим наличием цели в определенной точке пространства, может быть использовано для отождествления РЛИ.

Техническим средством третичной обработки является многопозиционная радиолокационная система (МП РЛС), которая включает несколько разнесенных в пространстве приемных, передающих или приемопередающих позиций и в которой производится совместная обработка сигналов, поступающих от этих позиций. Центр совместной обработки соединяется линиями связи со всеми позициями.

Можно назвать три способа пространственного объединения сигналов и первичной РЛИ:

· пространственно-когерентное объединение сигналов с привязкой позиций по времени, частоте и фазе принятых колебаний;

· частичное (неполное) пространственно-когерентное объединение сигналов с привязкой позиций по времени и частоте;

· пространственно-некогерентное объединение сигналов и первичной РЛИ с привязкой позиций только по времени.

В пространственно-когерентных МП РЛС взаимные фазовые сдвиги сигналов в трактах разнесенных позиций и линиях связи известны и сохраняются практически неизменными на интервале времени, намного превышающем время наблюдения сигнала. В таких РЛС необходима взаимная привязка не только по времени и частоте, но и по начальным фазам колебаний. Это можно обеспечить с помощью опорного сигнала, позволяющего измерять фазовые сдвиги и осуществлять коррекцию или учет при обработке.

В пространственно-когерентных МП РЛС с частичной пространственной когерентностью, которая сохраняется на интервале времени порядка времени наблюдения, информация о начальных фазах сигналов не используется. Привязка позиций осуществляется только по времени и частоте.

В пространственно-некогерентных МП РЛС фазовая информация полностью исключается в результате детектирования сигналов до их объединения. Объединение сигналов может осуществляться на следующих уровнях:

· объединение видеосигналов после детектирования в каждой позиции;

· объединение обнаруженных отметок и единичных замеров; при этом вся первичная обработка проводится на каждой позиции, а на совместную обработку поступает только полезная информация;

· объединение траекторий, при этом первичная и вторичная обработка проводится на каждой позиции. Параметры траектории передаются в центр обработки, в результате которой отсеиваются «ложные» траектории.

Принято различать следующие группы МП РЛС:

· пространственно-некогерентные МП РЛС;

· активные пространственно-когерентные МП РЛС с кратковременной пространственной когерентностью;

· пассивные пространственно-когерентные МП РЛС, в которых используется излученный целью сигнал;

· пространственно-когерентные МП РЛС с продолжительной пространственной когерентностью.

Пространственно-разнесенные МП РЛС обладают следующими свойствами:

1. Высокие энергетические характеристики из-за использования энергии каждой передающей позиции всеми приемными.

2. Высокоточное измерение пространственного положения целей с использованием слабонаправленных антенн.

3. Возможность измерения не только трех координат, но и векторов скорости и ускорения.

4. Увеличение объема сигнальной информации для решения задач распознавания классов обнаруженных целей.

5. Повышение помехозащищенности от активных и пассивных помех.

6. Повышение живучести.

К недостаткам следует отнести следующее:

1. Необходимость совместного управления позициями.

2. Необходимость передачи данных по линиям связи.

3. Дополнительные требования по взаимной привязке.

4. Повышение требований к устройствам обработки.

5. Необходимость геодезической или навигационной привязки.

Таким образом, применение МП РЛС целесообразно при высоких требованиях к информативности, помехоустойчивости, живучести.

Единичные отметки, являющиеся результатом первичной обработ­ки радиолокационной информации, дают лишь приближенные сведения о действительном положении целей. По одиночной отметке нельзя при­нять решение об обнаружении траектории и тем более оценить такие параметры, как скорость, курс, ускорение цели и т.д.

Вторичная обработка информации о воздушной обстановке состо­ит в обнаружении траекторий целей по данным нескольких обзоров станции. Основными ее задачами, кроме того, являются: оценка па­раметров движения целей; вычисление координат текущего и упреж­денного положений целей; привязка вновь полученных отметок к об­наруженным траекториям (трассам).

При вторичной обработке информации используются алгоритмы, полученные методами математической статистики. Обнаружение и оценка параметров движения целей осуществляются на основе различ­ных гипотез о законах движения целей.

Траектории движения аэродинамических целей (самолетов, кры­латых ракет и т.д.) обычно представляются в виде совокупности участников с прямолинейным равномерным движением и участков ма­невра. На всех участках используются полиномиальная модель движе­ния цели.

Считается, что на ограниченном промежутке времени каждая ко­ордината цели изменяется по линейному закону.

Точный закон движения цели в процессе вторичной обработке остается неизвестным. Причиной этого является наличие помех, ко­торыми являются ошибки измерения координат целей РЛС, ложные от­метки и пропуски отметок, случайные флюктуации траекторий относи­тельно генерального курса и др.

В РЛС и АСУ войск ПВО СВ основные задачи вторичной обработки информации решаются приближенными способами с использованием уп­рощенных алгоритмов. Главное требование к таким алгоритмам - это обеспечение необходимой точности сопровождения при минимальном работном времени и минимальной сложности реализации алгоритмов на ЭВМ.

Таким образом, результатом ВОРЛИ является прокладка трассы движения цели. Процесс прокладки трассы обычно выполняется в два этапа: обнаружение траекторий целей и сопровождение траекторий .

Прокладка трассы цели при ВОРЛИ предполагает реализацию следующего алгоритма:

1. Автоматическое обнаружение цели.

2. Завязка трассы (два съема координат цели в соседних периодах обзора РЛС).

3. Вычисление вектора скорости в прямоугольной системе координат:

(3.4)

4. Вычисление положения строба экстраполяции, то есть по результатам определения текущих координат цели вычисление координат области пространства, в которой следует ожидать цель.

5. Отождествление трассы цели.

6. Сброс трассы цели (при отрицательном отождествлении) или сопровождение цели (при положительном отождествлении).

Пункты 1-5 реализуют этап взятия цели на сопровождение, а при условии положительного отождествления трассы цели начинается этап сопровождения.

Выделенные этапы можно пояснить следующим образом.

Предположим, что в зоне обзора станции обнаружена отметка, которая не может быть отнесена ни к одной сопровождаемой траектории (рис 3.8). Она принимается за первую отметку траектории новой цели. В виду того, что за период обзора Т обз цель не может переместиться на большое расстояние, вторую отметку следует ожидать в преде­лах кольца с внутренним R min и внешним R max радиусами, рассчитыва­емыми по каждой из координат по формулам:

, (3.5)

где V min , V mах - минимально и максимально возможные скорости движения сопровождае­мых целей по каждой из координат.

Рис.3.8. Пояснение к процессу завязки трассы цели при ВОРЛИ

При выборе значения скорости V min учитывается, что с ее уве­личением возрастает вероятность необнаружения малоскоростных це­лей (например, вертолетов, аэростатов). В то же время с уменьше­нием V min , в особенности в случаях, когда V min равна нулю, резко увеличивается количество ложных траекторий за счет захвата отра­жений местных предметов. Значение скорости V mах в основном опре­деляется требованиями, предъявляемыми к системе управления зенит­ными комплексами. В окончательных значениях R min и R maх принима­ются во внимание и возможные ошибки обнаружения координат цели радиолокационной станцией. В связи с необходимостью учета большого числа факторов в АСУ предусматривают несколько пар радиусов R min и R max , конкретные значения которых выбираются бое­вым расчетом в зависимости от складывающихся условий (типы сопро­вождаемых целей, позиция РЛС, уровень помех работе станций, точ­ность измерения координат целей и др.).

Кольцо, образованное радиусами R min и R max , имеет площадь S и называется стробом первичного захвата. В очередном обзоре стан­ции в него могут попасть несколько отметок цели, например А 1 ,А 2 ,А 3 . Причем каждая из отметок должна рассматриваться как вторая отметка возможной траектории.

По координатам двух отметок уже можно вычислить составляющие скорости каждой из возможных целей.

Составляющие скорости нужны для расчета ожидаемых (экстраполированных) координат цели в третьем обзоре (на рис. 3.9. экстраполированные положения цели обозначены буквой В ).

Вокруг экстраполированных отметок можно построить новые стробы , которые обычно имеют круговую или прямоугольную форму. Размер стробов определяется в основ­ном исходя из возможных ошибок при экстраполяции и измерении координат отметок и возможным отклонени­ем цели за время Т о от прямолинейного пуска.

Если в какой-либо строб в третьем обзоре попала отметка, то она считается принадлежащей обнаруживаемой траектории. С учетом координат этой отметки уточняются траектории и строятся новые стробы. После выполнения установленного критерия по числу отметок, попавших в последовательно образованных стробов, принимается решение об обнаружении траектории и она передается на сопровождение. Типовыми критериями являются «две из двух», «три из четырех при обязательной второй». Алгоритмы автозахвата по критерию «две из двух» рекомендуется использовать только при работе по низколетящим и баллистическим целям, то есть в условиях острого дефицита времени. В отдельных случаях более выгодным является при­менение алгоритма, основанного на логике «три из четырех при обязательной второй», поскольку он обеспечивает меньшую вероятность захвата ложной траектории. Даль­нейшее увеличение числа анализируемых обзоров нежелательно ввиду возрастания цикла управления АСУ.

Таким образом, в процессе обнаружения траектории выполняются следующие операции: стробирование и селекция отметок в стробе, проверка критерия обнаружения, оценка значений параметров траектории и экстраполяция этих параметров.

Слежение за траекторией цели состоит в последовательной от измерения к измерению привязке к ней вновь полученных отметок и уточнении ее параметров. При автоматическом слежении за траекторией, которое называется автосопровождением, выполняются следующие операции:

Уточнение параметров траектории в процессе привязки новых отметок;

Экстраполяция параметров на момент следующего измерения;

Стробирования зоны возможного положения любых отметок;

Селекция отметок в стробе (при наличии в стробе нескольких отметок).

При попадании в этот строб сопровождения нескольких отметок траектория продолжается по каждой из них. При отсутствии отметки в стробе сопровождения траектория продолжается по соответствующей экстраполированной точке, но очередной строб увеличивается, чтобы учесть возросшие ошибки экстраполяции. Если пропуски отметок в стробах повторяются К раз подряд, траектория прерывается (сбрасывается).

Таким образом, на этапах обнаружения траектории и слежения за ней выполняются фактически одни и те же операции:

Стробирование зоны обнаружения;

Селекция и идентификация отметок в стробе;

Фильтрация и экстраполяция параметров траектории.

В общем случае при принятии решения о сбросе траектории с сопровождения необходимо учитывать не только наличие отметок для ее продолжения, но и ряд других факторов, к которым можно отнести: важность цели; возможности цели изменять свою траекторию в полете; текущие координаты цели; направление ее полета и продолжительность пребывания в зоне обзора РЛС и т.д. Однако учет этих факторов чрезвычайно сложен и не всегда доступен из-за ограниченной производительности вычислительных средств. Поэтому основным критерием при принятии решения о сбросе траектории с сопровождения является появление некоторой пороговой серии Р пропусков отметок в стробах сопровождения. Такой критерий сброса не учитывает индивидуальные особенности каждой траектории, а также не использует информацию о накопленном уровне точности к моменту появления серии пропусков. Единственное существенное его достоинство – простота реализации на ЦВМ соответствующего алгоритма.

§ 3.6. Сбор и обобщение данных о воздушной обстановке (третичная обработка радиолокационной информации)

Данные о воздушной обстановке, поступающие от одного источ­ника, как правило, не знают полной картины о положении и характе­ре действий целей и своих самолетов. Возможности радиолокационной станции по ведению разведки определяются не только ТТХ станции, но и зависят от занимаемой позиции, радиоэлектронного противо­действия противника, технического состояния аппаратуры, уровня подготовленности боевого расчета и других факторов.

Поэтому полное представление о воздушной обстановке можно получить лишь в результате обобщения данных, поступающих от нес­кольких автоматизированных систем РЛС.

Состав и форма представленных данных, поступающих на пункт обработки радиолокационной информации (ПОРИ) в разных системах управления могут су­щественно отличаться.

В этом сообщении наряду с текущими координатами Х,У,Н , со­держится и время локации t л , а также ряд признаков характеризующих цель, точность измерения координат, режимы ра­боты РЛС и системы передачи данных и др.

На ПОРИ производится непосредственно сама третичная обработка радиолокационной информации. Она включает в себя несколько этапов:

Пересчет координат целей и приведение к единой системе координат;

Привязка координат к единому времени;

Отождествление отметок цели;

Усреднение координат.

Обработка поступающих сигналов начинается с распаковки сообщения и записывается в отведенную ему зону памяти оперативного запоминающегося устройства.

Пересчет координат целей в единую систему необходим потому, что каждая РЛС работает в своей системе координат. Началу координат соответствует цент экрана индикатора (точка стояния РЛС).

Пересчет координат позволяет совместить данные нескольких источников и на этой основе решать остальные задачи сообщения обобщенной информации.

Для привязки всех РЛС к единой системе координат приказом старшего начальника назначается условная точка (УТ), относительно которой производится перерасчет точек стояния всех РЛС и ПОРИ (ПУ) (см. рис.3.9). В результате в ЦВС ПОРИ вычисляет координаты целей от­носительно условной точки.

При решении этой задачи ЦВС реализует следующий алгоритм:

Определение координат целей, обнаруженных РЛС 1;

Определение координат целей, обнаруженных РЛС 2;

Определение параллакса ;

Решение системы уравнений векторов.

Рис. 3.9. Пояснение к пересчету координат целей в единую систему

Результатом реализации такого алгоритма являются координаты обнаруженных целей РЛС1 и РЛС2, рассчитанные относительно УТ.

При сборе, обобщении информации о воздушной обстановке в связи с асинхронной работой радиолокационных станций возникает задача приведе­ния данных к единому времени .

При решении этой задачи один источник информации является основным, второй - дополнительным. Каждый источник выдает текущие координаты це­ли (Х,У,Н,V х,V у ). При передаче информации производится задержка данных в каналах связи (t з =0,1-0,01%). Момент поступления информации на ПОРИ t и1 и t и2 фиксируется путем считывания и запоминания показаний электронного счетчика, при этом имеет место запаздывания t зап = t и2 – t и1 . (рис.3.10).

Определение временных интервалов производится относительно импульсов синхронизации ПОРИ.

Чтобы привести данные в единую систему времени производится компен­сация t заn при расчете времени прихода информации от каждой РЛС.

Рис. 3.11. Пояснение к решению задачи отождествления отметок цели

Размер строба отождествления зависит от точности вспомогательного источника информации, наличия пропуска отметок цели, характера движения це­ли (может быть больше, а может быть меньше радиусом).

Далее производится проверка условия попадания целей других источников в эти стробы отожествления. При условии попадания отметки со второй (не основной) станции в строб отожествления, данные этих целей в ЦВМ АСУ усредняются и выдаются на экран в виде одной отметки о цели. Усреднение производится методом расчета среднего арифметического значения по каждой из координат.

Таким образом, результатом всех этапов третичной обработки является созданная в ЦВС динамическая модель воздушной обстановки в границах группировки РТВ, обеспечивающая наиболее полное использование бое­вых возможностей огневых средств ПВО при отражении ударов воздуш­ного противника.

Диаграммой направленности антенны (ДНА) называется график зависимости мощности, излучаемой антенной, от направления излучения. Обычно измеряется на уровне 0,7 (по амплитуде) или 0,5 (по мощности) от максимума излучения. Характеризуется осью диаграммы (равносигнальным направлением) – направление максимума излучения.

Контрольный сигнал «пилот» представляет собой радиоимпульс малой мощности и служит для автоматической настройки коэффициентов усиления приемника.

Параллаксом называется расстояние между двумя объектами – РЛС1 и РЛС2

Обработка радиолокационной информации - процесс приведения получаемой с РЛС информации в пригодный для дальнейшей передачи вид.

Первоначально обработка радиолокационной информации осуществлялась оператором РЛС, который наблюдал за воздушной обстановкой на экране индикатора кругового обзора (ИКО). В простейшем случае на ИКО выводилась информация с выхода приемного устройства РЛС, а люминофор ИКО (который представлял собой электронно-лучевую трубку ЭЛТ с радиально-круговой разверткой, РКР) осуществлял интегрирование радиолокационной информации. По мере развития вычислительных средств появились возможности добавления функции полуавтоматического сопровождения (полуавтомат), а впоследствии и автозахвата (автомат). В полуавтомате оператор вручную завязывал трассу цели и дальше машина обрабатывала информацию самостоятельно и только лишь при необходимости запрашивая помощи у оператора. В автомате машина самостоятельно осуществляет не только сопровождение, но и завязку трасс. Однако возможности вычислительных средств не позволяют полностью отказаться от оператора - в сложной помеховой обстановке существующие алгоритмы значительно снижают свои показатели вплоть до неработоспособности.

Первичная обработка

Обработка эхо-сигнала (в активных РЛС с пассивным ответом) или активного ответа (в системах активного запроса-ответа, САЗО, опознавание «свой-чужой») с целью выделения полезной информации на фоне естественных и искусственных помех

Вход: сигнал с приемника, антенно-фидерной системы (АФС) РЛС.

Выход: положение целей, их угловой размер, азимут и расстояние.

Проводится: устройством первичной обработки (УПО), находящимся в РЛС;

Вторичная обработка

Предназначена для формирования трасс целей на основе данных с УПО. На основе данных первичной обработки осуществляется экстраполяция положения целей - определение их курса, скорости и высоты и прогнозирование положения цели в следующем периоде обзора. В процессе вторичной обработки повышается устойчивость сопровождения целей (цель экстраполируется несколько периодов обзора после пропадания цели, что позволяет сопровождать цели с неустойчивой отметкой. Также осуществляет отбрасывание ложных целей и трасс. Первоначально в момент появления вторичная обработка осуществлялась с помощью комплексов средств автоматизации автоматизированной системы управления (КСА АСУ), современные РЛС самостоятельно осуществляют данную обработку, при этом при необходимости обработка может быть перенесена на КСА по команде его оператора.

Вход: цели, полученные первичной обработкой.

Выход: номера целей, координаты, скорость, курс, высота, а также другие характеристики в зависимости от РЛС. Результаты вторичной обработки пригодны для выдачи информации потребителям (зенитно-ракетным войскам и истребительной авиации), также применяются для управления другими радиолокационными средствами, например радиовысотомером .

Проводится: оператором сопровождения вручную; КСА АСУ или ПОРИ - пунктом обработки радиолокационной информации (на уровне радиолокационной роты) полу- и автоматически.

Третичная обработка

Суть: сопоставление информации, полученной от нескольких источников.

Вход: трассы целей, полученные в результате вторичной обработки от различных источников РЛС, координаты источников РЛИ и их характеристики.

С помощью математических методов информация уточняется и дополняется, повышается полнота данных и устойчивость сопровождения целей, а также оптимизируется работа группировки радиолокационных средств с целью получения РЛИ максимального качества с минимальным расходом ресурсов с учетом обстановки и используемых средств. Выход: трассы целей, полученные с учётом передачи цели с одной РЛС другой, точности разных источников и т. д.

Проводится: на уровне радиотехнического батальона и выше; вручную, полуавтоматически или автоматически АСУ офицером группы боевого управления или по его команде оператором.

Напишите отзыв о статье "Обработка радиолокационной информации"

Отрывок, характеризующий Обработка радиолокационной информации

Он никого не знал, и, несмотря на его щегольской гвардейский мундир, все эти высшие люди, сновавшие по улицам, в щегольских экипажах, плюмажах, лентах и орденах, придворные и военные, казалось, стояли так неизмеримо выше его, гвардейского офицерика, что не только не хотели, но и не могли признать его существование. В помещении главнокомандующего Кутузова, где он спросил Болконского, все эти адъютанты и даже денщики смотрели на него так, как будто желали внушить ему, что таких, как он, офицеров очень много сюда шляется и что они все уже очень надоели. Несмотря на это, или скорее вследствие этого, на другой день, 15 числа, он после обеда опять поехал в Ольмюц и, войдя в дом, занимаемый Кутузовым, спросил Болконского. Князь Андрей был дома, и Бориса провели в большую залу, в которой, вероятно, прежде танцовали, а теперь стояли пять кроватей, разнородная мебель: стол, стулья и клавикорды. Один адъютант, ближе к двери, в персидском халате, сидел за столом и писал. Другой, красный, толстый Несвицкий, лежал на постели, подложив руки под голову, и смеялся с присевшим к нему офицером. Третий играл на клавикордах венский вальс, четвертый лежал на этих клавикордах и подпевал ему. Болконского не было. Никто из этих господ, заметив Бориса, не изменил своего положения. Тот, который писал, и к которому обратился Борис, досадливо обернулся и сказал ему, что Болконский дежурный, и чтобы он шел налево в дверь, в приемную, коли ему нужно видеть его. Борис поблагодарил и пошел в приемную. В приемной было человек десять офицеров и генералов.
В то время, как взошел Борис, князь Андрей, презрительно прищурившись (с тем особенным видом учтивой усталости, которая ясно говорит, что, коли бы не моя обязанность, я бы минуты с вами не стал разговаривать), выслушивал старого русского генерала в орденах, который почти на цыпочках, на вытяжке, с солдатским подобострастным выражением багрового лица что то докладывал князю Андрею.
– Очень хорошо, извольте подождать, – сказал он генералу тем французским выговором по русски, которым он говорил, когда хотел говорить презрительно, и, заметив Бориса, не обращаясь более к генералу (который с мольбою бегал за ним, прося еще что то выслушать), князь Андрей с веселой улыбкой, кивая ему, обратился к Борису.
Борис в эту минуту уже ясно понял то, что он предвидел прежде, именно то, что в армии, кроме той субординации и дисциплины, которая была написана в уставе, и которую знали в полку, и он знал, была другая, более существенная субординация, та, которая заставляла этого затянутого с багровым лицом генерала почтительно дожидаться, в то время как капитан князь Андрей для своего удовольствия находил более удобным разговаривать с прапорщиком Друбецким. Больше чем когда нибудь Борис решился служить впредь не по той писанной в уставе, а по этой неписанной субординации. Он теперь чувствовал, что только вследствие того, что он был рекомендован князю Андрею, он уже стал сразу выше генерала, который в других случаях, во фронте, мог уничтожить его, гвардейского прапорщика. Князь Андрей подошел к нему и взял за руку.
– Очень жаль, что вчера вы не застали меня. Я целый день провозился с немцами. Ездили с Вейротером поверять диспозицию. Как немцы возьмутся за аккуратность – конца нет!
Борис улыбнулся, как будто он понимал то, о чем, как об общеизвестном, намекал князь Андрей. Но он в первый раз слышал и фамилию Вейротера и даже слово диспозиция.
– Ну что, мой милый, всё в адъютанты хотите? Я об вас подумал за это время.
– Да, я думал, – невольно отчего то краснея, сказал Борис, – просить главнокомандующего; к нему было письмо обо мне от князя Курагина; я хотел просить только потому, – прибавил он, как бы извиняясь, что, боюсь, гвардия не будет в деле.
– Хорошо! хорошо! мы обо всем переговорим, – сказал князь Андрей, – только дайте доложить про этого господина, и я принадлежу вам.

Это обработка РЛИ от нескольких РЛС источников информации. Необходима по следующим причинам:

1. Повышение надежности обнаружения

2. Снятие геометрических ограничений на процесс обнаружения. Групповая цель как одиночная и время обнаружения достаточно мало если РЛС расположено на земной поверхности. ВКО работает с целым массивом разнотипных целей, начиная от космических целей высота, далее головные части баллистических ракет, далее воздушные цели, крылатые ракеты огибают профиль местности и наконец это так называемые беспилотные летательные аппараты.

3. Повышение качества РЛИ

Пусть РЛС1 дает информацию x 1 1 (цель №1 от РЛС1). а РЛС2 даст информацию x 2 1 (цель №1 от РЛС2). , т.к. время локации для любой РЛС разное; они находятся в разных местах - существуют ошибки привязки к наземному положению; существуют ошибки алгоритмов обработки РЛИ.

Если несколько целей: x 1 1 , x 1 2 , x 2 1 , x 2 2 , x 3 1 , x 3 2 , x 4 1 , x 4 2 , то для получения эффективности от третичной обработки необходимо решить следующие задачи:

1. Задача приведения к единой системе координат;

2. Задача приведения к единой системе времени;

3. Задача отождествления (группирование);

Рассмотрим решение этих задач:

1. Приведение к единой системе координат .

Одна из РЛС - центральная. Необходимо знать l - расстояние между РЛС.

2. Приведение к единой системе времени .

t0- начальное время. - время локации РЛС1, - время локации РЛС2; . Используем гипотезу равномерного прямолинейного движения и определяем . Тогда из приведено к единой системе координат и времени. Получаем приведенные отметки, это донесения, которые включают в себя координаты, параметры ускорения, гос. принадлежности, номер цели и т.д. В связи с возникновением ошибок необходимо группирование (распознавание образов). Отметки равны не будут никогда, хоть и старалась. Ошибка останется.

3. Задача отождествления отметок решается в два этапа:

1. грубое отождествление

2. точное отождествление

Грубое отождествление.

В основе решения задачи лежит предположение, что донесения (формуляры) об одной и той же цели от разных РЛС должны иметь одинаковые компоненты:

Вводят условие: ( определяется как вектор допустимых отклонений по всем компонентам , k = 1,2,3 (коэффициент)).

k определяет вероятность принятия гипотезы:

гипотеза 1: несовпадение формуляров в силу их различия;

гипотеза 2: несовпадение в силу ошибок;

гипотеза 1:Ошибки пересчета на лекции

гипотеза 2: Разные цели на лекции

Если удовлетворяет то гипотеза 1, если не удовлетворяет то гипотеза 2. И так по каждой координате, скорости, в общем по всем компонентам. Образуется вектор дельта допустимое. Задача выбора дельты противоречивая. Если дельты назначить большие, то могут быть сгруппированы или отождествлены отметки от разных целей, а если малой, то будут пропускаться отметки, принадлежащие одним и тем же целям. Нормальный закон ошибок. Если использовать формулу для опеределния дельты, то получается что облако отметок мы прорядим, выберем какие-то отметки, но останется большая совокупность отметок, которые будут сами по себе. Задача грубого отождествления это бла бла =)

Размерность отметок сокращается, возникает необходимость точного отождествления.

Точное отождествление.

Динамика изменения координат воздушной обстановки приводит к использованию эвристических правил:

Правило 1. Если в области допустимых отклонений получены отметки от одной РЛС, то число целей равно числу отметок. Правило считается справедливым, т.к. одна и та же РЛС не может выдавать несколько отметок от одной и той же цели в один момент.

Правило 2. Если в области допустимых отклонений от любой РЛС получено по одной отметке, то считается, что они принадлежат одной и той же цели. Правило считается справедливым, т.к. маловероятно, чтобы РЛС могли бы видеть свои цели и не видеть чужие.

Правило 3. Если от любой РЛС получено по равному числу отметок, то очевидно, что число целей равно числу отметок полученной от одной РЛС. Правило считается справедливым, поскольку маловероятной, что РЛС видело бы только свои отметки, и не видела цель, которые наблюдает соседняя РЛС.

Правило 4. Если от нескольких РЛС получено не одинаковое число отметок, то принимается, что та РЛС, которая дает максимальное количество отметок, определяет наиболее вероятную картину воздушной обстановки.

Правило 1 :

Цели не могут быть сгруппированы.

Волкова Г.А.

ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ВТОРИЧНОЙ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ

Учебное пособие к лабораторной работе

ВТОРИЧНАЯ ОБРАБОТКА

РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ.

Введение
Обработку радиолокационной информации делят на первичную и вторичную. Устройство первичной обработки решает задачи обнаружения и измерения координат (дальности, азимута и угла места) мгновенного положения цели относительно РЛС в каждом периоде обзора .

Координаты мгновенного положения как истинных, так и ложных целей в цифровом виде поступают в устройство вторичной обработки, в котором на их основе определяется местоположение каждой обнаруженной цели в избранной системе координат, в результате чего формируются отметки х , которые могут быть истинными и ложными. Отметка – совокупность кодов дальности, азимута и угла места в определенный дискретный момент времени.

Одна отметка, полученная в каком-либо обзоре, не позволяет принять решение о наличии цели в зоне обзора, так как могла быть ложной, по ней нельзя судить о траектории движения цели.

В устройстве вторичной обработки на основе отметок , полученных в n соседних обзорах, решаются следующие основные задачи:

Обнаружение траекторий целей,

Сопровождение траекторий целей,

Траекторные расчеты в интересах потребителей радиолокационной информации.

Эти задачи включают в себя оценивание параметров траектории, задаваемой обычно векторной функцией, расчет сглаженных (интерполированных) и упрежденных (экстраполированных) координат, а также операцию стробирования отметок целей. Вторичная обработка информации осуществляется автоматически, с помощью ЦВМ.

Рассмотрим один из способов автозахвата траектории цели на примере двухкоординатной РЛС. Пусть с устройства первичной обработки переданы координаты обнаруженной цели и сформирована отметка x 1 , не принадлежащая ни одной из ранее сопровождаемых траекторий. Эту отметку принимают за начальную отметку траектории цели. Поскольку РЛС предназначена для сопровождения объектов определенного класса (например, самолетов), то известны минимальная V min и максимальная V m а x скорости цели. Поэтому можно выделить область S 2 в виде кольца с центром в первой отметке и с радиусами R min =V min T обз и R m а x =V m а x T обз, в пределах которой может находиться цель в следующем обзоре, см.рис.1. Операция формирования области называется стробированием, а сама область - стробом.

Если в строб S 2 во втором обзоре попадает отметка x 2 , то происходит завязка траектории, причем, если таких отметок несколько, то каждую из них рассматривают как возможное продолжение траектории. Если в строб не попадает ни одной отметки, то происходит сброс. Критерий завязки траектории в этом случае "2/2".

По двум отметкам можно определить направление движения и среднюю скорость цели
, затем рассчитать возможное положение отметки в очередном (третьем) обзоре. Определение положения отметки в следующем обзоре называется экстраполяцией.

На этапе автозахвата траектории принимается простейшая гипотеза о прямолинейном и равномерном движении цели. Экстраполированные значения координат вычисляются по формуле:

.

Вокруг экстраполированной отметки образуется круговой строб S 3, размеры которого определяются погрешностями измерения положения отметки цели
и погрешностями расчета положения экстраполированной отметки
:

Факт попадания очередной получаемой отметки в строб проверяется путем сравнения разности координат полученной x i и экстраполированной x э i отметок с размерами полустроба:

.

Если в строб S 3 в третьем обзоре попала одна отметка, она считается принадлежащей обнаруживаемой траектории. Процесс продолжается. Если ни одной отметки не попадает в строб, то траектория продолжается по экстраполированной отметке, но размеры строба увеличиваются.

При обнаружении траектории маневрирующего объекта размеры стробов должны рассчитываться с учетом возможного маневра. Размер строба непосредственно влияет на показатели качества обнаружения траектории. Его увеличение приводит к увеличению числа ложных отметок в стробе, в результате возрастает вероят­ность ложного обнаружения F АЗ. Уменьшение размера строба может привести к непопаданию истинной отметки в строб, при этом сни­жается вероятность правильного обнаружения D АЗ.

При гауссовском распределении погрешностей измерения коор­динат и ошибок экстраполяции для обеспечения заданной вероят­ности попадания отметки в строб его форма должна совпадать с эллипсом ошибок; при обнаружении траектории в пространстве строб - эллипсоид ошибок . Однако формирование таких стробов сопряжено с большими вычислительными затратами, и на прак­тике ограничиваются формированием стробов такой формы, ко­торая удобна для вычислений в принятой системе координат. При этом образуемый строб должен охватывать эллипс (эллипсоид) ошибок.

Траектория считается обнаруженной, если выполняется критерий обнаружения. Структурная схема алгоритма автозахвата траектории представлена на рис.2, жирными стрелками показаны линии связи, по которым передается информация в виде кодов, по остальным линиям связи передаются «нули» и «единицы», соответствующие отсутствию и наличию отметки в стробе в i -м обзоре.

Обнаружение (автозахват) траекторий.
Процесс обнаружения (автозахвата) траектории является по существу процессом проверки гипотезы Н 1 о том, что совокупность полученных в соседних обзорах отметок является траекторией цели, относительно гипотезы Н0, что все эти отметки возникли в результате ложной тревоги.

При автозахвате траекторий используются критерии Неймана-Пирсона, Байеса и Вальда. Алгоритм автозахвата может быть получен методом отношения правдоподобия. Например, при использовании критерия Байеса оптимальная процедура автозахвата сводится к формированию отношения правдоподобия Λ и сравнению его с порогом Λ 0:

где
и
- совместные плотности распре-деления отметок при условии, что справедливы гипотезы Н 1 и Н 0 соответственно.

P 0 и P 1 - априорные вероятности отсутствия и наличия траектории соответ-ственно,

С 01 и С 10 - стоимости ошибок: ложного захвата траектории и пропуска траекто-рии соответственно.

Стоимости правильных решений приняты равными нулю. При этом минимизируется величина среднего риска , где F АЗ и D АЗ - вероятности ложного автозахвата и правильного автозахвата траектории цели соответственно.

Большие выигрыши во времени автозахвата получаются при использовании последовательного анализа (критерия Вальда) , когда отношение правдоподобия формируется по мере поступления каждой i -й отметки и сравнивается с двумя порогами:
и
:
.
При превышении верхнего порога выносится решение d 1 - траектория обнаружена; если  меньше нижнего порога, то выносится решение d 0 - траектория не обнаружена. Если же
,
то принимается решение d п о продолжении испытаний: производится (i+1) -й обзор, и описанная процедура повторяется. При этом решение в среднем принимается менее, чем за n обзоров.
Обозначим через { δ i , i =l, 2, ...} последо­вательность нулей и единиц, соответствующих отсутствию или на­личию отметок в стробах, формируемых в процессе обнаружения траектории:

при наличии отметки в стробе на i -м шаге;

в противном случае.

δ i =

Отношение правдоподобия на k-м обзоре

,

путем логарифмирования упрощается:

.

Тогда алгоритм обнаружения траектории при использовании критерия Вальда

сводится к добавлению к сумме "веса"
, если δ i =1 и вычитанию "веса"
, если δ i = 0 , и сравнению суммы в порогами lnΛ Н и lnΛ В.

При этом выигрыш по сравнению с обнаружителем Неймана-Пирсона составляют во времени обнаружения истинной траектории приблизительно е АЗ =D АЗ, а во времени обнаружения ложной траектории
.

Однако, для упрощения устройств обнаружения траекторий используют неоптимальные алгоритмы, например, k/m. Так, при использовании критерия «4/5» для обнаружения траектории необходимо, чтобы после завязки траектории по критерию «2/2» еще хотя бы 2 отметки в трех последующих обзорах попали в строб (критерий подтверждения траектории "2 из 3"). Обнаруженная траектория передается на сопровождение. Если подтверждения не происходит, траектория сбрасывается.

Эффективность алгоритмов автозахвата характеризуется:

Вероятностью обнаружения истинной траектории D АЗ;

Вероятностью обнаружения ложной траектории F АЗ;

Средним временем автозахвата истинной траектории T СР АЗ;

Средним временем автозахвата ложной траектории Т СР ЛЗ.

Для расчета этих характеристик используется аппарат цепей Маркова.

Применим математический аппарат цепей Маркова к анализу устройства (автомата) захвата, работающего по следующему алгоритму: завязка траектории производится по критерию "2/2", а обнаружение фиксируется, если отметка попадает в строб хотя бы в одном из трех следующих обзоров после завязки траектории (критерий подтверждения "1/3"). Таким образом, критерий обнаружения траектории может быть назван "2+1 из 5", т.е. "3 из 5".

Считаем, что на вход устройства захвата в очередном обзоре поступает "единица", если отметка цели попадает в экстраполированный строб, и "нуль", если отметка не попадает в этот строб.

Возможные комбинации "нулей" и "единиц" в течение m циклов обзора определяют состояния автомата. Составим таблицу состояний автомата захвата для критерия "3 из 5":
№ состояния комбинации "0" и "1" характерные состояния

1 11 -завязка траектории

3 111,1101,11001 -автозахват

5 11000 -сброс траектории
По таблице состояний строится граф, см. рис. 3. В узлах графа указаны состояния автомата. Над ребрами графа указаны вероятности перехода из состояния в состояние, причем принято, что попадание отметки в строб (появление "единицы" на входе автомата) происходит с вероятностью р , а отсутствие ее в стробе (появление "нуля" на входе автомата) - с вероятностью q .

Переход системы из состояния в состояние зависит:

От того, в каком состоянии находится автомат в данный момент,

От текущего входного воздействия ("единица" или "нуль" на входе). Следовательно, состояния автомата образуют простую цепь Маркова.

Вектор начальных состояний (в нашем случае - после второго обзора, чем и определяется индекс) -

показывает, что с вероятностью произошла завязка траектории по критерию "2/2", с вероятностью
завязка траектории отсутствовала, что соответствует сбросу траектории, а остальные состояния автомата к началу третьего обзора невозможны.

Матрица вероятностей переходов легко составляется на основе графа:

,

где номер строки соответствует номеру состояния, из которого переходит автомат, а номер столбца показывает, в которое состояние переходит автомат.

Можно определить векторы состояний автомата в 3,4 и 5 обзорах:

,

И т.д.
Рассчитанные векторы состояний для 3,4 и 5 обзоров имеют вид:

,
,
.
Сумма вероятностей по строке при этом равна единице.

Третий элемент вектора состояний дает значение вероятности автозахвата траектории за соответствующее число циклов обзора:

,

,

.

Поскольку р есть вероятность попадания отметки в строб, то по своему физическому смыслу р соответствует вероятности правильного обнаружения цели в стробе автозахвата D стр, а q = 1- D стр. На рис.4а построена зависимость вероятности автозахвата от номера обзора при разных вероятностях правильного обнаружения в стробе D стр. Видно, что с увеличением номера обзора вероятность автозахвата D АЗ возрастает, причем D АЗ тем больше, чем больше D стр.

Вероятность ложного автозахвата определяется тем же соотношением, с той лишь разницей, что р есть вероятность ложной тревоги в стробе автозахвата F стр, а q = 1- F стр.

Зависимости вероятности ложного автозахвата от номера обзора при разных вероятностях ложной тревоги в стробе приведены на рис.4б.

Вероятности D стр и F стр вычисляются по формулам:

D стр =D ; F стр =MF ,

где D и F - вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги в элементе разрешения при первичной обработке, М - число элементов разрешения в стробе.

D АЗ (n) при D стр =0,8
D АЗ (n) при D стр =0,9

F АЗ (n) при F стр =

F АЗ (n) при F стр =

рис.4,а рис.4,б

Рассмотренный выше метод определения характеристик качества работы устройства автозахвата с использованием математического аппарата цепей Маркова является строгим аналитическим методом. Однако, недостатком этого метода является громоздкость вычислений при использовании более сложных критериев. Так, например, увеличение n приводит к повышению порядка матриц, и операции с ними становятся затруднительными . В этом случае для возведения матриц в степень и выполнения других операций необходимо использовать ЭВМ. Поэтому ниже предлагается упрощенная методика вычисления характеристик качества автозахвата, позволяющая с помощью графических построений рассмотреть процесс автозахвата на плоскости случайных блужданий.

Процесс автозахвата будем рассматривать в тех же предположениях, т.е. за начало автозахвата принимается наличие двух единиц подряд. Появление нулей и единиц на следующих шагах (циклах обзора) должно привести либо к пересечению верхнего порога "автозахват", либо нижнего порога "сброс". Между моментами появления комбинации "11" и пересечением верхнего или нижнего порога процесс переходит на каждом шаге в то или иное состояние. Поскольку появление на входе устройства нулей и единиц носит случайный характер, процесс перехода устройства из одного состояния в другое эквивалентен случайным "блужданиям". При этом плоскость, на которой происходят блуждания, принято называть "плоскостью случайных блужданий".

Траекторию блуждания процесса на плоскости можно рассматривать как движение (блуждание) некоторой точки, которую обычно называют "изображающей" точкой. Таким образом, весь процесс автозахвата можно представить графически. При этом расчет характеристик качества работы устройства автозахвата значительно упрощается и составления матриц в этом случае не требуется.

На рис.5 изображен график случайных блужданий для критерия "3 из 6". По оси ординат отложены номера шагов (циклов обзора), а по оси абсцисс - число нулей в имеющейся комбинации.

Движение изображающей точки начинается с момента появления двух единиц подряд, вероятность этого состояния р 2 . Стрелками указываются возможные направления перемещения изображающей точки, т.е. переходы из одного состояния в другое. Переходы в направлении вверх по вертикали происходят с вероятностью р , а по диагонали вправо и вверх - с вероятностью q. В предположении, что отдельные состояния независимы, вычисляются вероятности нахождения точки в каждом из состояний. Случайные блуждания этой точки происходят дискретно внутри области "неопределенность" до тех пор, пока точка не окажется либо на верхней пунктирной линии (состояние "автозахват"), либо на нижней (состояние "сброс"), после чего движение изображающей точки прекращается. Видно, что автозахват может произойти на третьем, на четвертом, на пятом и на шестом шаге, при этом оказываются вычисленными вероятности автозахвата на 3-м шаге (цикле обзора)
, на 4-м шаге
, на 5-м шаге
и на 6-м шаге
.

Вычисленные вероятности автозахвата на конкретном шаге позволяют определить, путем суммирования, вероятности автозахвата за конечное число шагов. Нетрудно убедиться, что при использовании критерия "3 из 6" вероятность автозахвата за 3 шага (цикла обзора) ; за четыре шага
, за пять шагов и, наконец, за шесть шагов.

Для расчета вероятности правильного автозахвата Dаз как функции числа шагов по-прежнему считаем p = D стр, q =1 - D стр, а для расчета вероятности ложного автозахвата F АЗ принимаем p = F стр, q =1 - F стр (используя те же соотношения).

Для расчета среднего времени автозахвата воспользуемся известной формулой математического ожидания:

,

где вероятности P l (на конкретном l -м шаге) должны удовлетворять условию нормировки:

,

т.е. соответствовать полной группе событий.

Легко убедиться в том, что события "автозахват произведен на l -м цикле обзора" при l от k до m для любого критерия вида "k из m" не образуют полной группы. Поэтому для вычисления Т необходимо произвести нормировку. Для критерия автозахвата "k из m" нормировка осуществляется следующим образом:

Тогда для критерия "3 из 6" среднее время автозахвата вычисляется по формуле:

,
где
.

Для расчета среднего времени правильного автозахвата T СР АЗ подставляем p = D стр,

q =1 - D СТР, а при расчете среднего времени ложного автозахвата T СР ЛЗ:

p = F стр, q =1 - F стр.

Результаты расчета вероятностей правильного и ложного обнаружения траектории, а также среднего времени автозахвата по предлагаемой методике с использованием "плоскости случайных блужданий" полностью совпадают с расчетом, основанным на применении аппарата дискретных цепей Маркова.

Сопровождение траекторий .
Сопровождение траекторий состоит в непрерывной привязке вновь получаемых в очередном обзоре отметок к соответствующим траекториям, сглаживании координат и оценивании параметров траектории движения цели. Структурная схема алгоритма сопровождения траектории представлена на рис.8.

Пусть в результате сопровождения селектированы отметки . На основе этих отметок, полученных с ошибками, необходимо вырабатывать непрерывные данные о траектории (сглаживание или интерполяция), а также определить параметры траектории с возможно меньшей ошибкой.

Обычно траектория цели задается полиномом -й степени (сглаживающая функция) для каждой из координат (дальности, азимута и угла места). Например, для координаты дальности:

,
степень которого зависит от маневренности цели. Коэффициенты полинома
, имеющие смысл дальности r 0 , скорости V r , ускорения a r и т.д. подлежат оценке.
Оценка параметров траектории может быть произведена методом максимума функции правдоподобия, при этом роль помехи играют ошибки измерения координат, распределенные нормально с нулевым средним значением.

Функция правдоподобия отселектированных отметок
опре-деляется n -мерной гауссовской плотностью вероятностей
.

Логарифмируя
и определяя частную производную по каждой из оцениваемой величин
, составляется система уравнений правдоподобия: