Алгоритмы обнаружения и сопровождения траекторий целей по дискретным измерениям

Для случая селекции в трехмерном стробе в виде параллелограмма, описанного вокруг эллипсоида суммарных ошибок (рис. 3.2), вероятность правильной селекции рассчитывается по приближенной формуле

На рис. 3.4 приведена  схема алгоритма селекции отметок  в двумерном стробе минимальному линейному отклонению от его центра в полярной системе координат (блоки, не относящиеся к алгоритму селекции, изображены на рис. 3.4 штриховой линией). Последовательность операций этого алгоритма следующая.

     1. По  результатам обработки в предыдущем (n— 1) обзоре выбираются (рассчитываются) размеры строба на следующий (/1-й) обзор (блок 1). При выборе размеров строба учитывается информация о маневре цели и пропуске отметок.

2. Производится отбор  отметок в стробе (блок 2) по формулам

и подсчитывается их число. Если в строб попала только одна отметка  , то она считается истинной и сразу подается на вход блока фильтрации и экстраполяции параметров траектории (блок 5). Если же в стробе обнаружено несколько отметок, то все они поступают в вычислительный блок (блок 3), где определяются квадраты расстояний каждой отметки от центра строба по формуле

3. Сравниваются квадраты расстояний (блок 4) и выбирается одна отметка, для которой

4. Если в стробе  не обнаружено ни одной отметки,  то проверяется критерий сброса  траектории с сопровождения (блок 6). При выполнении критерия сброса  траектория снимается с сопровождения.  Если же критерий сброса не  выполняется, то выдается команда на продолжение траектории путем экстраполяции ее координат и параметров. В заключение отметим, что кроме отклонений от центра строба для селекции отметок могут быть использованы признаки «веса» отметок, которые формируются в процессе первичной обработки информации как некоторый аналог отношения сигнал-помеха. В простейшем случае обработки

двоично-квантованных сигналов пачечной структуры для  формирования признака веса отметки  можно использовать число импульсов  в пачке или ширину пачки. Признаки веса отметок могут использоваться в процессе селекции совместно с признаком отклонения от центра строба или самостоятельно. Один из возможных вариантов совместного использования признаков веса и отклонения отметок от центра строба состоит в следующем. Все отметки, попавшие в строб, разделяются на отметки с весом и отметки. С весом в Зависимости от того, Превышает Или нет ширина пачки некоторое пороговое значение, зависящее от дальности цели. При наличии отметок с весом р: в качестве истинной принимается ближайшая к центру строба отметка этой группы. При отсутствии отметок с весом выбирается ближайшая к центру строба отметка с весом . Если характеризовать веса отметок непосредственно

числом импульсов  в пачке, то можно селектировать отметки по максимальному числу импульсов в пачке. Признаки отклонения отметок от центра строба используются в этом случае только при равенстве весов нескольких отметок. Распределение и привязка отметок в перекрывающихся стробах. В сложной целевой и помеховой обстановке часть стробов, образованных вокруг экстраполированных точек сопровождаемых траекторий, будут перекрываться. Кроме того, в стробах будут появляться ложные отметки и отметки от новых (впервые обнаруженных) целей. В этом случае задача распределения и привязки новых отметок к сопровождаемым траекториям, а также завязки новых траекторий существенно усложняется. Усложнение связано прежде всего с необходимостью перехода к совместной привязке отметок к траекториям после получения всех новых отметок, подлежащих привязке, т. е. попадающих в соответствующие перекрывающиеся стробы. Далее необходимо образовать все возможные варианты (гипотезы) привязки и выбрать среди них наиболее правдоподобный. Рассмотрим один из подходов к решению задачи распределения и привязки отметок в перекрывающихся стробах при следующих предпосылках:

1) стробы, образованные  по каждой траектории, имеют размеры, обеспечивающие попадание в них истинных (принадлежащих данной траектории) отметок с вероятностью, близкой к единице;

2) группы перекрывающихся  стробов разделяются так, что  каждую такую группу можно  обрабатывать раздельно;

3) задача решается  на плоскости, т. е. в двумерном  стробе.

Логическая схема  алгоритма распределения и привязки отметок в изолированной группе перекрытых стробов показана на рис. 3.5. В блоке 1 выделяются изолированные группы с перекрывающимися стробами. В блоке 2 формируются возможные варианты привязки с учетом вводимых предположений об источниках новых отметок, отобранных в группу. Относительно принадлежности каждой такой отметки принимается одна из следующих гипотез: она принадлежит или одной из сопровождаемых траекторий или вновь обнаруженной цели, или одна ложная. В блоке 3 вычисляются вероятности всех возможных вариантов привязки, после чего в блоке 4 отбирается наиболее вероятный вариант, который и реализуется при завязке и продолжении траекторий. Для примера рассмотрим простейший случай перекрытия двух стробов, изображенных на рис. 3.6,а. В этом случае имеются две экстраполированные точки траекторий 1 и 2 я три новых отметки I, II, III, одна из которых находится в области перекрытия стробов. Относительно каждой новой отметки принимается, что она принадлежит либо сопровождаемым траекториям 1 или 2, если находится в стробе соответствующей траектории, либо одной из новых целей с номерами: 3 для отметки I, 4 для отметки II н б для отметки III, либо является ложной (принадлежащей к нулевой траектории).

Возможные комбинации привязки образуют дерево вариантов (гипотез) привязки, изображенное на рис. 3.6,6. Каждая ветвь «того дерева представляет один из возможных вариантов распределения принадлежности новых отметок. Так, например, самая первая (слева) ветвь изображает вариант, когда все новые отметки являются ложными, а самая последняя ветвь — вариант, когда все новые отметки принадлежат вновь обнаруженным целям с номерами 3, 4 к 5 соответственно. Общее число вариантов в рассматриваемом случае равно 30. Вероятности событий о принадлежности отметок к сопроиождаемым, новый или ложным траекториям определяются следующим образом.

     I. Вероятность  принадлежности ί-й новой отметки j-й сопровождаемой траектории (при условии ее попадания в строб этой траектории) определяется вероятностью обнаружения новой отметки Poi и ее

расстоянием от экстраполированной точки, т. е. от центра строба /-Й траектории. Вероятность обнаружения отметки зависит от дальности до цели, ее эффективной отражающей поверхности и энергетических

характеристик РЛС. Для сопровождаемых целей все  эти характеристики известны достаточно точно, поэтому вычисление вероятности Poi эатрудненнй не вызывает.

Как и раньше предполагается, что расстояние отметки, принадлежащей данной траектории, от центра строба по каждой из координат подчиняется нормальному закону распределения с нулевым математическим ожиданием и дисперсией , где — дисперсияя ошибок экстраполяции координаты j-й траектории, а — дисперсия погрешности измерения координаты i-й отметки. Поэтому вероятность отклонения i-й отметки от экстраполированной точки j-й траектории (например, по координате х) равна

2. Вероятность того, что новая отметка является ложной, определяется по формуле

где —число разрешаемых элементов в пределах строба.

3. Вероятность того, что отметка принадлежит вновь обнаруженной цели, равна

После расчета вероятностей событий о принадлежности каждой новой отметки к сопровождаемым, новым или ложным траекториям можно рассчитать вероятности всех вариантов привязки и выбрать в качестве правдоподобного тот из них, вероятность которого наибольшая. Задача эта даже для рассматриваемого простейшего случая достаточно трудоемка. Задачу можно упростить, если взять за основу следующие очевидные практические правила: 1) к каждой сопровождаемой траектории должна быть привязана отметка; 2) по каждой отметке, не привязанной к траектории, должна быть завязана новая траектория, независимо от вероятности ее принадлежности к новым или ложным. В этом случае сравниваться должны только те варианты, которые предусматривают привязку отметок к каждой траектории. В рассматриваемом случае таких вариантов два: привязать первую отметку к первой траектории, а вторую — ко второй, или привязать вторую отметку к первой траектории, а третью ко второй. В этом случае третья отметка в первом варианте и первая отметка во втором считаются новыми и по ним завязывается начало новой траектории. 

Сопровождение траекторий целей по данным обзорной РЛС

Процесс обработки  информации о цели на этапе обнаружения  траектории заканчивается, как только выполняется установленный критерий ее обнаружения. После ЭТОГО ВЫЧИСЛЯЮТСЯ  начальные значения параметров обнаруженной траектории, и она передается на автосопровождение. Автосопровождение цели понимается в дальнейшем в смысле автоматического продолжения траектории ее движения и уточнения параметров этой траектории, так что термины «автосопровожденде цели» и «автосопровождение (или просто сопровождение) траектории» понимаются в одинаковом смысле. Более предпочтительным является термин «сопровождение траектории», которым и будем пользоваться в дальнейшем. Логическая схема алгоритма сопровождения траектории. В процессе сопровождения каждой траектории решаются две основные задачи: стробирование и отбор новых отметок для продолжения траектории, оценивание параметров траектории и построение функции, описывающей изменение этих параметров во времени.

Принципиально выполнение обеих перечисленных задач может быть реализовано с помощью одного алгоритма. В этом случае требуемое качество решения задачи оценивания параметров траектории должно быть согласовано с потребителями информации. Однако возможени такой вариант построения системы, когда на алгоритм сопровождения возлагается только задача слежения за траекторией цели, а для высококачественного оценивания параметров траектории в интересах потребителей информации создается отдельный алгоритм, который в дальнейшем будем называть алгоритмом траекторных расчетов.

Целесообразность  выделения специального алгоритма  траекторных расчетов следует из таких соображений.

     1. Операции  оценки и экстраполяции параметров траектории для обеспечения непрерывности ее сопровождения должны производиться в системе координат, измеряемых РЛС, по ходу обновления информации. К точности выполнения этих операций не предъявляется особо жестких требований, что позволяет производить вычисления по упрощенным формулам, исходя из гипотезы прямолинейного движения цели.

2. Вычисление параметров траектории в интересах потребителей радиолокационной информации должно производиться с учетом всех доступных сведений о характере движения цели (воздушная или космическая цель, маневрирующая или неманеврирующая цель и т. д.) по точным формулам. Выдаваемые параметры при этом могут быть представлены в другой, отличной от радиолокационной, системе координат (например, в прямоугольной системе координат с центром в точке расположения пункта сбора информации). Более того, в интересах потребителей или по соображениям более доступного сопряжения

с другими алгоритмами  системы для оценивания могут быть выбраны совсем не те параметры, которые необходимы при сопровождении траектории (например, курс и модуль вектора скорости при сопровождении самолетов и т. д.).

3. Потребителей интересует  в первую очередь информация  о целях, представляющих наибольшую  важность для системы (например, самолеты, следующие на аэродром посадки в АСУ крупного аэродрома). Именно по таким целям и необходимо рассчитывать точные значения параметров траектории. Естественно, не все обнаруживаемые в зоне обзора РЛС цели одинаково важны, а некоторые из них , вообще не представляют интереса для системы (удаляющиеся цели, пролетающие цели и т. д.). Следовательно, оценивание параметров с высокой точностью необходимо только для части сопровождаемых целей. Выделение отдельного алгоритма траекторных расчетов позволяет в данном случае уменьшить требования к производительности вычислительных средств.

С учетом высказанных  соображений логическая схема алгоритма сопровождения траектории приведена на

рис. 3.11. В блоке 1 решается задача отбора и селекции отметки для продолжения траектории. Алгоритм стробирования и селекции отметок и стробе строится и соответствии с теоретическими предпосылками, изложенными в § 3.1. Отселектированной отметке присваивается номер сопровождаемой траектории и она передается на вход блока траекторных расчетов (блок 6). Одновременно новая отметка используется для оценивания параметров и экстраполяции координат цели на следующий обзор, т.е. для подготовки следующего цикла стробирования и селекции. Для этого последовательно производятся:

1. Оценивание параметров  траектории при упрощенных предпосылках  о законе движения цели и погрешностях измерения координат (блок 2).

2. Вычисление экстраполированных  значений координат на следующий  обзор (блок 3). Экстраполяция производится по линейному закону.

3. Вычисление размеров  строба (блок 4). При этом используются точностные характеристики измеренных и

экстраполированных  координат, а также информация о пропуске отметок в стробе.

4. При отсутствии  новой отметки для продолжения траектории проверяется критерий сброса этой траектории с сопровождения (блок 5). При выполнении критерия сброса сопровождение траектории прекращается, а предыдущая информация о ней стирается. Если же критерий сброса не выполняется, то в качестве координат новой отметки используются координаты экстраполированной точки и производится новый цикл вычислений. 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