СПОСОБ СЕЛЕКЦИИ ИНФОРМАЦИИ О ДВИЖУЩИХСЯ ВОЗДУШНЫХ ОБЪЕКТАХ С ОБЕСПЕЧЕНИЕМ ОТСЕВА ЛОЖНОЙ ТРАССОВОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01S13/56 

Способ селекции информации о движущихся воздушных объектах с обеспечением отсева ложной трассовой радиолокационной информации. Устройство для селекции информации о движущихся воздушных объектах с обеспечением отсева ложной трассовой информации.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для дополнительного отсева ложной трассовой информации в условиях интенсивных отражений от подстилающей поверхности.

Известен способ формирования трассовой информации о движущихся воздушных объектах, состоящий в том, что все эхосигналы, отраженные от воздушных объектов и подстилающей поверхности, вместе с сигналами помех преобразуют в приемном устройстве РЛС из аналоговой формы в цифровую форму и регистрируют в запоминающем устройстве (ЗУ), при этом отождествляют вновь полученные сигналы с сигналами, полученными от конкретных воздушных объектов, путем группового сличения или отбора ближайшей отметки /1/, или осуществляют ветвление, перебор и выбор наиболее правдоподобной совокупности вариантов построения траекторий воздушных объектов /2/. В последнем случае наиболее полно используется информация, содержащаяся в эхо-сигналах.

В указанных выше источниках и в /3/ описаны также устройства формирования трассовой информации, содержащие последовательно соединенные блоки первичной и вторичной обработки радиолокационной информации и блок выдачи трассовой информации потребителю.

Недостатком известных способов и устройств формирования трассовой информации о воздушных объектах является то, что в них не учитывается априорное распределение независимо измеренных по эхо-сигналам величин радиальной скорости (V_р воздушных объектов и подстилающей поверхности на этапе вторичной обработки радиолокационной информации, а применяется лишь режекция мешающих сигналов /4/ на этапе первичной обработки.

Наиболее близким к заявленному способу является способ формирования трассовой информации в бортовых РЛС (БРЛС), в котором осуществляется режекция той части спектра эхо-сигналов, которая соответствует ограниченной области значений радиальной скорости со средним, равным нулю /5/.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство, содержащее последовательно соединенные: РЛС, блок первичной обработки информации и блок выдачи трассовой информации потребителю /3/.

К недостаткам известных способа и устройства относится следующее.

В них не обеспечивается отсев значительной части эхо-сигналов от подстилающей поверхности, когда в качестве таковой оказывается морская поверхность (в том числе с торосистым ледяным покровом), горная и пересеченная местность. Это объясняется тем, что режектируемая область спектра эхо-сигналов не может быть достаточно большой, т.к. при этом ухудшаются условия обнаружения воздушных объектов. Кроме того, в устройстве не учитывается информация о величинах радиальной скорости, полученных по нескольким независимым радиолокационным измерениям, по которым сформирована конкретная трасса воздушного объекта.

Целью изобретения является повышение эффективности отсева ложной трассовой информации за счет учета различий априорных распределений независимо измеряемых по эхо-сигналам величин радиальных скоростей для воздушных объектов и для отражений от подстилающей поверхности, а также за счет учета информации о величине радиальных скоростей, полученных в нескольких радиолокационных измерениях, по которым сформирована трасса воздушного объекта.

Поставленная цель достигается тем, что в заявленных способе и устройстве в отличие от прототипа дополнительно реализуется отсев ложной информации на этапе ее вторичной обработки с помощью специального блока отсева ложной трассовой информации, в котором формируются списки текущих значений радиальной скорости движения воздушных объектов V_р для каждой j-обнаруженной трассы, определяются суммарные значения абсолютных величин V_р для каждой j-ой трассы и сравнивают их с пороговым значением, в результате чего осуществляют отсев ложной трассовой информации.

Способ осуществляется тем, что в устройстве селекции движущихся воздушных объектов, содержащее последовательно соединенные: группу БРЛС, каждая со своим блоком первичной обработки радиолокационной информации; блок вторичной обработки радиолокационной информации и блок выдачи трассовой информации потребителю, дополнительно введен блок отсева ложной трассовой информации, содержащий ЗУ списка значений V_р, ЗУ списка соответствия, устройство расчета суммарных значений vΣp

блок сравнения номеров, блок формирования команды на выдачу информации в ЗУ списка соответствия, блок формирования отмены команды на указанную выше выдачу информации, пороговое устройство и блок выдачи номеров трасс j, причем первый и второй выходы блока вторичной обработки информации соединены соответственно с ЗУ списка значений V_р для каждой j-ой обнаруженной трассы и с первым входом ЗУ списка соответствия, второй вход которого соединен с выходом блока формирования отмены команда на выдачу информации в ЗУ списка соответствия и со входом блока вторичной обработки информации, другой вход которого соединен с выходом блока формирования команды на выдачу информации в ЗУ списка соответствия, вход которого соединен с первым выходом блока выдачи номера трассы, второй и третий выходы которого соединены соответственно с блоком формирования отмены команды на выдачу информации в ЗУ списка соответствия и с блоком выдачи трассовой информации потребителю, два входа блока выдачи номера трассы соединены соответственно с выходом устройства расчета vΣp для j- ой трассы и с выходом порогового устройства, вход которого соединен с выходом устройства суммарных значений vΣp для j-ой трассы, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом ЗУ списка значений V_рдля j-ой обнаруженной трассы и с выходом блока сравнения номеров, вход которого соединен с выходом ЗУ списка соответствия, связь блока вторичной обработки информации и блока выдачи трассовой информации является двунаправленной (т.е. информация может поступать как из блока вторичной обработки, так и в него; последнее используется в технологических целях), выход блока выдачи трассовой информации потребителю является выходом устройства.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности отсева ложной трассовой информации. В результате проведенных авторами исследований получено, что применение способа и устройства заявленного изобретения позволяет повысить отсев ложной трассовой информации по сравнению с прототипом примерно в 3 раза (при прочих равных условиях).

Более подробно сущность изобретения состоит в следующем.

Отсев ложной трассовой информации на этапе ее вторичной обработки достигается за счет накопления информации о нескольких величинах радиальной скорости V_р для каждой трассы воздушных объектов и последующего принятия решения о том, к какому априорно известному распределению независимых величин V_р относятся значения V_р каждой трассы воздушных объектов к распределению величин V_р для воздушного объекта или к распределению величин V_р для отражений от подстилающей поверхности. Чем больше количество М независимых значений радиальной скорости V_р используется для принятия решения, тем с большой достоверностью решается задача отсева ложных трасс воздушных объектов. Но при этом одновременно увеличивается время запаздывания t_з выдачи информации об обнаруженных трассах воздушных объектов потребителю. Это объясняется тем, что сканирование одной и той же области пространства разными БРЛС осуществляется, в общем случае, не одновременно, а последовательно. При существенной величине периода этой последовательности и при значительной величине М время t₃ может достигать недопустимо большого значения. Поэтому, как правило, число М должно быть существенно ограничено. Его величина выбирается с учетом допустимого значения времени запаздывания tдопз

При этом определяется количество БРЛС, которое за время tljgз могут выдать информацию о конкретном воздушном объекте. Это количество БРЛС и соответствует величине М. Она не может быть меньше 2-х, т.к. в случае М I результат применения заявленного изобретения вырождается в результате использования режекции сигналов, у которых величина V_р в пределах полосы режекции.

Решение об истинности или ложности каждой трассы воздушных объектов принимается в общем случае по данным М значений V_р, полученных по измерениям разных БРЛС, если величины V_р относительно невелики. Это объясняется тем, что одна станция не может обеспечить полностью независимых измерений V_p из-за того, что величина изменения рекурса наблюдения неманеврирующего воздушного объекта (т. е. когда вероятность маневра курсом мала) для конкретной БРЛС в соседних измерениях меняется незначительно.

Рассмотрим предлагаемый способ на примере, когда М 2.

При "завязке" трассы (например, по двум радиолокационным измерениям) для нее рассчитывается величина vΣp

и сравнивается с пороговым значением V_пор. Если vΣp > v_пор то информация по данной трассе выдается потребителю, а если vΣp ≅ v_пор то проводится дополнительный анализ: определяется, получены ли эти измерения разными БРЛС или одной. В первом варианте трассовая информация потребителю не выдается, а во втором продолжается анализ (из-за того, что значения V_р в значительной степени зависимы при измерениях одной БРЛС) максимум для появления данных по такой трассе воздушного объекта (ВО) от другой БРЛС. Величина vΣp для двух последовательных измерений разными БРЛС сравнивается с V_пор, после чего трассовая информация или передается потребителю (когда vΣp > v_пор ), или отсеивается (когда vΣp ≅ v_пор ).

Распределение P_n(V_p) величин V_р для отражений от подстилающей поверхности и P_c(V_p)для реальных ВО можно найти, если принять, что спектр эхо-сигналов от подстилающей поверхности симметричен относительно радиальной скорости V_p0, непрерывен и убывает с увеличением абсолютного значения V_p. На выходе аппаратуры измерения радиальной скорости при достаточно большой мощности эхо-сигнала от подстилающей поверхности в общем случае будет ряд значений V_p, симметричный относительно V_p=0. Центральная часть этого ряда бланкируется в интервале ± vminp

где vminp -минимальная радиальная скорость обнаруживаемых ВО. На практике доплеровский спектр эхо-сигналов от подстилающей поверхности не всегда будет непрерывным и симметричным относительно V_р0.

Значение vminp

изменяется от V_р1, когда при сканировании пространства луч БРЛС не отклоняется от нормали антенны станции, до V_р2 -когда луч отклонен на максимальную величину. Это объясняется тем, что при отклонении луча БРЛС от нормали антенны расширяется спектр эхо-сигналов от подстилающей поверхности. В результате наиболее вероятные значения величин V_р для отражений от подстилающей поверхности будут в интервале V_p1^oCV_p2. С учетом этого аппроксимируем форму огибающей P_n (V_p) функцией Рэлея

где
σ среднеквадратическое значение случайной величины V_p;
V₀ параметр распределения, выбираемый, как и s из условия получения наибольшего значения P_n(V_p) в интервале V_p1 ^oCV_р2 (величина V₀ V_p1 -D );
D интервал между соседними значениями V_р.

Функция распределения V_p имеет дискретный (линейный) характер. Интервалы D одинаковы и соответствуют дискретности измерений V_p. Отметим, что сумма вероятностей всех возможных значений V_р равна 1.

Значения V_р для эхо-сигналов от ВО могут изменяться от vminp

до vmaxp где vmaxp максимальное значение скорости ВО. Примем это изменение равновероятным, что едва ли отличается от реального. Учтем, что vminp меняется при сканировании пространства от V_p1 до V_p2. Это изменение также будем считать равновероятным.

Распределение P_c(V_p) тоже, как и Р_n(V_p), имеет дискретный характер с равными интервалами между соседними значениями V_p. Сумма вероятностей возможных значений V_p также равна 1.

По P_n(V_p) и P_c(V_p) нетрудно получить распределения и где при М 2.

Для разных значений V_пор легко определяется по и процент отсеянных истинных (Пс) и ложных (Пп) трасс обнаруженных ВО. Например, при Пс 7% величина Пп 90% В то же время в случае М=1 при Пп=90% величина Пс 23% что, естественно, является худшим результатом, чем в случае М 2.

На чертеже представлена структурная схема заявленного устройства.

Устройство содержит: группу БРЛСI, каждая со "своим" блоком первичной обработки радиолокационной информации 2; блок вторичной обработки радиолокационной информации 3; блок отсева ложной трассовой информации 4, содержащий ЗУ измеренных значений радиальной скорости V_p для обнаруженных трасс воздушных объектов 4.1, устройство расчета суммы абсолютных значений V_p 4.2, пороговое устройство 4.3, блок выдачи номера трассы 4.4, блок формирования команд на выдачу информации в ЗУ списка соответствия j, V_p, i (j номер трассы ВО, i номер БРЛС) 4.5, ЗУ списка соответствия j, V_p, i 4.6, блок сравнения номеров БРЛС 4.7, блок формирования отмены команд 4.8; блок выдачи трассовой информации потребителю 5.

Устройство работает следующим образом.

Каждая БРЛС I размещается на своем летательном аппарате и обеспечивает как сканирование определенной зоны пространства, так и измерение пространственных координат обнаруженных воздушных объектов и их радиальной скорости. Зоны сканирования разных БРЛС могут, в общем случае, частично перекрываться. Разные БРЛС обеспечивают, вообще говоря, радиолокационное наблюдение конкретного воздушного пространства под разными ракурсами. Радиолокационная информация каждой БРЛС передается в соответствующий блок первичной обработки радиолокационной информации 2, который осуществляет выделение сигналов на фоне помех и отражений от подстилающей поверхности, а также измерение по обнаруженным сигналам пространственных координат и радиальной скорости ВО. Эта информация передается в блок вторичной обработки радиолокационной информации 3, где реализуется обнаружение, сопровождение и сброс с сопровождения трасс ВО. По обнаруженным трассам ВО полная информация передается в блок выдачи информации потребителю 5, а информация о V_p по обнаруженной j-ой трассе ВО в ЗУ списка значений V_p 4.1. Это ЗУ рассчитывается на хранение в списке для каждой обнаруженной трассы воздушного объекта M значений V_p. Из ЗУ 4.1 при наличии М значений V_p по конкретной трассе ВО информация передается в устройство расчета суммы vΣp

4.2, а из устройства 4.2 в пороговое устройство 4.3 для сравнения с пороговым значением V_пор. Одновременно из устройства 4.2 номер проверяемой трассы передается в блок выдачи номера трассы 4.4. В случае vΣp > v_пор информация о результате сравнения передается в блок выдачи номера трассы, а из него информация о номере трассы ВО, для которого оказалось справедливым указанное неравенство, передается в блок выдачи трассовой информации потребителю 5, а в случае vΣp ≅ v_пор в блок 4.5 формирования команды на выдачу информации в ЗУ списка соответствия j, V_p, i. Команда, выработанная в блоке 4.5, передается в блок вторичной обработки радиолокационной информации 3. По ней из блока 3 в ЗУ списка соответствия поступают данные о j, V_p и i. ЗУ списка соответствия должно быть, в общем случае, рассчитано на хранение к(М-1)+1 пар значений i и V_p для каждой трассы воздушного объекта j, где к- максимальное количество измерений V_pвоздушного объекта, которое может обеспечить БРЛС за время нахождения ее в зоне видимости ВО. Информация в ЗУ списка соответствия 4.6 для каждого j накапливается до тех пор пока в нем не окажется М значений V_p, полученных разными БРЛС, что определяется блоком 4.7 сравнения номеров i или до тех пор пока не выполняется условие vΣp > v_пор при меньшем чем М числе независимых значений V_p. Информация ЗУ списка соответствия 4.6 через блок сравнения 4.7 периодически подается в устройство расчета vΣp 4.2 и далее информация о vΣp в пороговое устройство 4.3. В случае, когда vΣp > v_пор блок выдачи номера трассы 4.4 выдает соответствующий номер трассы ВО-j в блок выдачи информации 5 и в блок 4.8 формирования отмены команды блока 4.5. После этого блок выдачи информации 5 обеспечивает передачу потребителю трассовой информации по воздушному объекту j, а блок 4.8 формирования отмены команды блока 4.5 вырабатывает и передает распоряжение в блок вторичной обработки радиолокационной информации 3 и в ЗУ списка соответствия 4.6. По этому распоряжению блок вторичной обработки радиолокационной информации прекращает выдачу данных по воздушному объекту j в ЗУ списка соответствия, а в ЗУ списка соответствия 4.6 обнуляется информация в списке данных по трассе воздушного объекта j. В случае, если vΣp ≅ v_пор блок выдачи номера трассы 4.4 выдает соответствующий номер трассы воздушного объекта j в блок формирования отмены команды 4.5 только тогда, когда указанное условие выполнилось для vΣp рассчитанного по М независимым значениям V_p, полученным по данным разных БРЛС.

Устройство отсева ложной трассовой информации может быть реализовано с помощью ЭВМ. При этом требуются следующие ее ресурсы:
≈10³ коротких операций на каждую трассу ВО;
≈2 Кб памяти ОЗУ /при М=2 или 3/.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. С. З.Кузьмин. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. М. Радио и связь, 1986, стр. 115,116.

2. Э. М.Хазен. Патент N 2032916 на изобретение "Устройство радиолокационного автозахвата и автосопровождения движущихся воздушных объектов" с приоритетом 29 дек. 1992 г.

3. С.З.Кузьмин. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации. М. Сов. радио, 1974, стр. 9.

4. Теоретические основы радиолокации под редакцией Я.Д.Ширмана. М. Сов. радио, 1970, стр. 437-441.

5. Справочник по радиолокации под редакцией М.И.Сколника, т. 3, М. Сов. радио, 1979, стр. 368, 369.

Целью изобретения является повышение эффективности отсева ложной трассовой информации за счет учета различий априорных распределений независимо измеренных по эхо-сигналам величин радиальных скоростей воздушных объектов и отражений от подстилающей поверхности, а также за счет накопления и учета информации о величине радиальных скоростей, полученных в нескольких измерениях, по которым сформирована трасса воздушного объекта. Сущность изобретения заключается в том, что в способе и устройстве радиолокационного автозахвата и автосопровождения движущихся воздушных объектов с помощью: БРЛС I, системы первичной обработки радиолокационной информации 2, системы вторичной обработки радиолокационой информации 3 и блока выдачи трассовой информации потребителю 5 - вводится устройство для селекции информации о движущихся воздушных объектах с обеспечением отсева ложной трассовой информации 4. Это устройство состоит из ЗУ списка значений радиальных скоростей для каждой обнаруженной трассы воздушного объекта 4.1, устройства расчета суммы абсолютных значений радиальных скоростей 4.2, порогового устройства 4.3, блока выдачи номера трассы 4.4, блока формирования команд на выдачу информации в ЗУ списка соответствия 4.5, ЗУ списка соответствия 4.6, блока сравнения номеров БРЛС 4.7 и блока отмены команды 4.8. Данное устройство 4 позволяет принимать автоматическое решение о том, к какому априорно известному распределению независимых величин радиальных скоростей относятся значения радиальных скоростей для каждой трассы воздушных объектов - к распределению величин радиальных скоростей для воздушных объектов или к распределению радиальных скоростей для отражений от подстилающей поверхности. В результате обеспечивается отсев ложной трассовой информации. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ селекции информации о движущихся воздушных объектах с обеспечением отсева ложной трассовой радиолокационной информации, заключающийся в том, что осуществляют первичную и вторичную обработку сигналов, отраженных от воздушных объектов, и сигналов, отраженных от подстилающей поверхности, принятых N бортовыми радиолокационными станциями, где N 1,2,3, отличающийся тем, что при осуществлении вторичной обработки принятых сигналов для каждой обнаруженной трассы воздушных объектов анализируют измеренные значения радиальной скорости, по результатам анализа принимают решение о соответствии измеренных значений радиальной скорости априорно известному распределению независимых измерений значений радиальной скорости для воздушных объектов или подстилающей поверхности, при этом для каждой трассы воздушного объекта определяют текущую суммарную величину абсолютных значений измеренных радиальных скоростей, сравнивают ее с пороговым значением, определяемым из условия допустимого отсева истинных трасс воздушных объектов и с учетом используемого для принятия решения априорно известного распределения независимых измерений значений радиальной скорости, при этом количество независимых измерений значений радиальной скорости определяют из условия допустимого времени запаздывания поступления трассовой радиолокационной информации потребителю, при превышении текущей суммарной величины абсолютных значений радиальной скорости порогового значения, информацию о соответствующей трассе воздушного объекта передают по каналам связи потребителю. 2. Устройство для селекции информации о движущихся воздушных объектах с обеспечением отсева сложной трассовой информации, содержащее последовательно соединенные группу бортовых радиолокационных станций, каждую со своим блоком первичной обработки, блок вторичной обработки и блок выдачи трассовой информации потребителю, отличающееся тем, что в устройство введен блок отсева ложной трассовой информации, содержащий запоминающее устройство списка измеренных значений радиальной скорости для каждой обнаруженной трассы, запоминающее устройство списка соответствия, блок расчета суммарных абсолютных измеренных значений радиальной скорости для каждой обнаруженной трассы, блок сравнения номеров, пороговый блок выдачи номера трассы, блок формирования команды на выдачу информации в запоминающее устройство списка соответствия и блок формирования отмены команды на выдачу информации в запоминающее устройство списка соответствия, причем первый и второй выходы блока вторичной обработки соединены соответственно с запоминающим устройством списка измеренных значений радиальной скорости для каждой обнаруженной трассы и с первым входом запоминающего устройства списка соответствия, второй вход которого соединен с выходом блока формирования отмены команды на выдачу информации в запоминающее устройство списка соответствия и с вторым входом блока вторичной обработки, третий вход которого соединен с выходом блока формирования команды на выдачу информации в запоминающее устройство списка соответствия, вход которого соединен с первым выходом блока выдачи номера трассы, второй и третий выходы которого соединены соответственно с блоком формирования отмены команды на выдачу информации в запоминающее устройство списка соответствия и с блоком выдачи трассовой информации потребителю, два входа блока выдачи номера трассы соединены соответственно с выходом блока расчета суммарных абсолютных измеренных значений радиальной скорости для каждого обнаруженной трассы и с выходом порогового блока, вход порогового блока соединен с вторым выходом блока расчета суммарных абсолютных измеренных значений радиальной скорости для каждой обнаруженной трассы, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом запоминающего устройства списка измеренных значений радиальной скорости для каждой обнаруженной трассы и с выходом блока сравнения номеров, вход которого соединен с выходом запоминающего устройства списка соответствия, связь блока вторичной обработки и блока выдачи трассовой информации потребителю является двунаправленной, выход блока выдачи трассовой информации потребителю является выходом устройства.