УСТРОЙСТВО СОПРОВОЖДЕНИЯ МАНЕВРИРУЮЩЕЙ ЦЕЛИ Российский патент 2007 года по МПК G01S13/86 G01S13/66 

Изобретение относится к радиотехническим системам, в частности к радиолокационным системам измерения координат и может быть использовано в бортовых и наземных системах сопровождения.

Известно устройство измерения дальности и скорости цели (см. М.В.Максимов и Г.И.Горгонов. Радиоэлектронные системы наведения. М.: Радио и связь, 1982, с.213), содержащее дискретный временной различитель (дискриминатор), усилители, два сумматора и два цифровых интегратора.

Недостатком устройства является малое время памяти при срыве сопровождения, а следовательно, и низкая помехоустойчивость отслеживания координат, возникающая за счет несоответствия измерения дальности и скорости цели модели, принятой в измерителе.

Известно также устройство измерения координат цели (см. Ю.А.Шишов, В.А.Ворошилов. Многоканальная радиолокация с временным разделением каналов. М.: Радио и связь, 1987, с.84), которое содержит синхронный интегратор, измеритель рассогласования по дальности, блок считывания дальности, измеритель угловых координат, блок считывания угловых координат, пороговое устройство.

Недостатком известного устройства является наличие перерывов в выдаче информации о координатах цели при резком снижении отношения мощности радиолокационного сигнала к мощности радиолокационного шума или помехи или перерывах в работе РЛС, предпринимаемых для повышения скрытности. Это обусловлено тем, что обычные дальномеры и угломеры практически не обеспечивают работу в режиме памяти при интенсивном маневрировании цели [1].

Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому устройству является адаптивный калмановский фильтр для сопровождения маневрирующей цели, принятый за прототип (см. А.Фарина, Ф.Студер. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей. Перевод с англ. A.M.Бочкарев. М.: Радио и связь, 1993, с.225, рис.4.16); содержащий вычитающее устройство, на первый вход которого поступает информация от РЛС, а на второй вход - сигнал с умножителя на Н; выход вычитающего устройства соединен с первым входом умножителя на К_k и со входом обнаружителя маневра; с выхода последнего сигнал поступает на вход блока управления коэффициентом К_k, выход которого соединен со вторым входом умножителя на K_k; с выхода умножителя на К_k сигнал поступает на первый вход сумматора, второй вход которого соединен с выходом умножителя на Ф, кроме того, сигнал с выхода умножителя на Ф поступает на вход умножителя на Н; выход сумматора соединен со входом линии задержки, с выхода которой сигнал поступает на вход умножителя на Ф.

Недостатком устройства, принятого за прототип, является существенное снижение точности измерения параметров движения цели при снижении отношения сигнал/шум. Это обусловлено тем, что управление коэффициентом усиления фильтра K_k осуществляется по сигналу с обнаружителя маневра. Если маневр обнаружен, то коэффициент усиления увеличивается, вследствие чего фильтр становится более широкополосным и оказывается более чувствительным к вновь поступающим данным и менее зависящим от ранее полученной информации. Однако обнаружение маневра осуществляется по сигналу обновляющей последовательности (невязки) v_k. Обновляющая последовательность в свою очередь изменяется не только в случае несоответствия реального движения (маневра) цели заданной модели ее движения, но и при увеличении мощности шума измерения, в частности при постановке противником помех. В последнем случае производится ложное обнаружение маневра, причем при обновлении состояния цели данные текущих измерений превалируют над экстраполированными оценками, что приводит к срыву сопровождения. Таким образом, устройство, принятое за прототип, практически не обеспечивает сопровождение цели в помеховой обстановке.

Техническим результатом изобретения является повышение устойчивости сопровождения цели.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство сопровождения маневрирующей цели дополнительно включен блок обнаружения и определения типа маневра, состоящий из устройства вычисления величины (модуля) проекции радиальной составляющей ускорения цели на линию визирования цели , двух пороговых устройств и схемы умножения: на вход устройства вычисления величины поступает информация о пространственной ориентации цели относительно линии визирования от электронно-оптического (ЭО) датчика [2], выход данного устройства соединен с первым входом первого порогового устройства и вторым входом схемы умножения; на второй вход первого порогового устройства поступает сигнал, соответствующий уровню порога a_п1, выход первого порогового устройства соединен с первым инверсным входом схемы умножения и вторым входом блока управления коэффициентом К_k; с выхода схемы умножения сигнал поступает на первый вход второго порогового устройства, на второй вход которого поступает сигнал, соответствующий уровню порога а_п2; выход второго порогового устройства соединен с первым входом блока управления коэффициентом K_k.

При анализе известных технических решений не обнаружены решения, имеющие признаки, сходные с отличительными признаками изобретения.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства сопровождения маневрирующей цели.

Предлагаемое устройство сопровождения состоит из адаптивного калмановского фильтра 6, на первый вход которого поступает информация от РЛС, а на второй вход - сигнал с блока управления коэффициентом К_k 5; и дополнительно включенного блока обнаружения и определения типа маневра, состоящего из устройства вычисления величины 1, порогового устройства 2, схемы умножения 3 и порогового устройства 4: на вход устройства вычисления величины 1 поступает информация о пространственной ориентации цели относительно линии визирования от ЭО датчика, выход данного устройства соединен с первым входом порогового устройства 2 и вторым входом схемы умножения 3; на второй вход порогового устройства 2 поступает сигнал, соответствующий уровню порога a_п1, выход порогового устройства 2 соединен с первым инверсным входом схемы умножения 3 и вторым входом блока управления коэффициентом К_k 5; с выхода схемы умножения 3 сигнал поступает на первый вход порогового устройства 4, на второй вход которого поступает сигнал, соответствующий уровню порога а_п2; выход порогового устройства 4 соединен с первым входом блока управления коэффициентом К_k 5.

Работа устройства сопровождения маневрирующей цели осуществляется следующим образом. На вход адаптивного калмановского фильтра 6 с выхода приемника РЛС поступают выборки сигнала z_k. Результатом работы калмановского фильтра является оценка сигнала в k-й момент времени, где - экстраполированное значение. По информации, поступающей в дискретные моменты времени от ЭО датчика, блок обнаружения и определения типа маневра, состоящий из устройства вычисления величины 1, порогового устройства 2, схемы умножения 3 и порогового устройства 4, устанавливает факт наличия или отсутствия маневра цели, а также в случае обнаружения маневра - его тип. Сигнал, соответствующий установленному типу движения цели, поступает на блок управления коэффициентом K_k 5, который настраивает калмановский фильтр под установленный тип движения посредством изменения коэффициента усиления K_k.

При действии, например, шумовой радиолокационной помехи невязка v_k в большинстве случаев увеличивается. Однако на управление коэффициентом K_k данная помеха не оказывает никакого влияния, и, в целом, устройство способно сопровождать маневрирующую цель с ошибками, не превосходящими ширину дискриминационной характеристики.

В режиме радиомолчания РЛС независимость функционирования блока обнаружения и определения типа маневра, состоящего из устройства вычисления величины 1, порогового устройства 2, схемы умножения 3 и порогового устройства 4, и блока управления коэффициентом К_k 5 от работы РЛС обеспечивает повышение точности экстраполяции оцениваемых параметров движения цели.

Блок обнаружения и определения типа маневра, состоящий из устройства вычисления величины 1, порогового устройства 2, схемы умножения 3 и порогового устройства 4, работает следующим образом. На вход устройства вычисления величины 1 в k-й момент времени от ЭО датчика поступает информация об углах и (их геометрический смысл пояснен на фиг.2), характеризующая ориентацию цели относительно линии визирования, а также запомненные на предыдущем шаге значения углов и . Данная информация не подвержена действию помех радиодиапазона. С учетом начальных условий и поступающей в устройство вычисления величины 1 информации определяется величина проекции вектора радиальной составляющей ускорения цели на линию визирования цели . Выражения для вычисления величины получены авторами на основе проведенных исследований.

где

Также исследования показали, что при маневренном полете цели в 98% случаев величина проекции вектора тангенциальной составляющей ускорения цели на линию визирования цели не превышает 5 м/с². Таким образом, если величина проекции полного ускорения цели на линию визирования характеризуется только величиной составляющей (цель движется прямолинейно), то сопровождение цели можно осуществлять с достаточной точностью даже фильтром на основе модели прямолинейного движения с постоянной скоростью (модели неманевренного движения).

Значит, о наличии маневра и его типе с точки зрения изменения коэффициента K_k можно судить по величине , вычисляемой на основе представленных выше выражений. При этом считается, что при - маневр отсутствует, либо выполняется маневр слабой интенсивности; при - маневр средней интенсивности и при - интенсивный маневр.

С выхода устройства вычисления величины 1 полученное значение величины поступает на первый вход порогового устройства 2, на второй вход которого подается напряжение постоянной величины, соответствующее пороговому значению a_п1=15 м/с². Здесь величина сравнивается с порогом a_п1: если , то на выходе порогового устройства 2 присутствует сигнал "1"; если , то на выходе - "0".

В первом случае с выхода порогового устройства 2 сигнал "1" поступает на первый инверсный вход схемы умножения 3 и второй вход блока управления коэффициентом К_k 5. На второй вход схемы умножения 3 поступает значение величины . На выходе схемы умножения 3, соединенном с первым входом порогового устройства 4, присутствует сигнал "0". Данный сигнал ниже порогового уровня а_п2=5 м/с², поступающего на второй вход порогового устройства 4, поэтому на выходе порогового устройства 4, соединенного с первым входом блока управления коэффициентом К_k 5, присутствует сигнал "0". Таким образом, сигнал "0" на первом входе и сигнал "1" на втором входе блока управления коэффициентом К_k 5 определяют интенсивный маневр цели.

Bo втором случае с выхода порогового устройства 2 сигнал "0" поступает на первый инверсный вход схемы умножения 3 и второй вход блока управления коэффициентом К_k 5. На второй вход схемы умножения 3 поступает значение величины . На выходе схемы умножения 3, соединенном с первым входом порогового устройства 5, присутствует сигнал . Данный сигнал сравнивается с пороговым уровнем а_п2=5 м/с², поступающим на второй вход порогового устройства 4: если , то на выходе порогового устройства 4, соединенного с первым входом блока управления коэффициентом K_k 5, присутствует сигнал "1"; если , то - "0". Таким образом, сигнал "1" на первом входе и сигнал "0" на втором входе блока управления коэффициентом K_k 5 определяют маневр средней интенсивности, а сигнал "0" на первом входе и сигнал "0" на втором входе - отсутствие маневра цели, либо маневр слабой интенсивности.

Следует отметить, что при маневре слабой интенсивности коэффициент К_k имеет то же значение, что и в случае отсутствия маневра. Это вполне удовлетворяет требованию по точности сопровождения слабоманевренной цели.

Принцип функционирования блока управления коэффициентом К_k 5 и соответствующего блока устройства-прототипа одинаков. Один из вариантов схемной реализации блока управления коэффициентом K_k 5 представлен на фиг.3. Сигналы с выхода порогового устройства 4 и выхода порогового устройства 2 поступают, соответственно, на первый и второй входы дешифратора. В зависимости от комбинации сигналов "1" и "0" на входах дешифратора на одном из его выходов будет присутствовать "1", а на остальных - "0". Выше было определено три возможных комбинации. Комбинация "1" - на первом входе и "1" - на втором входе отсутствует, поэтому четвертый выход дешифратора не задействован. С одного из трех выходов сигнал "1" поступает на усилитель с коэффициентом усиления, соответствующим установленному типу движения. Коэффициент усиления К1 соответствует отсутствию маневра или маневру слабой интенсивности; К2 - маневру средней интенсивности и К3 - интенсивному маневру цели. С остальных двух выходов дешифратора снимается "0", и усиления данного сигнала в усилителях не происходит. С выходов усилителей сигналы поступают на сумматор, где происходит их сложение. Таким образом, с выхода сумматора либо сигнал К1, либо - К2, либо - К3 поступает на второй вход калмановского фильтра.

Предлагаемое устройство обеспечивает устойчивое сопровождение цели при действии помехи и в режиме радиомолчания РЛС с ошибками, не превосходящими ширину дискриминационной характеристики в течение 10-15 секунд. Это позволяет значительно увеличить помехоустойчивость и упростить дальнейший переход в режим сопровождения по окончании действия помехи или режима радиомолчания РЛС.

ЛИТЕРАТУРА

1. Меркулов В.И., Лепин В.Н. Авиационные системы радиоуправления. М.: Радио и связь, 1997.

2. Hoffer J.N., Bagget D.W. Implementation of target orientation angles in improved Kalman filter based short range radar tracker. In Proceedings of the IEEE National Aerospace and Electronics Conference, 1980, New York, 1100-1106 pp.

Изобретение относится к области радиолокационных систем измерения координат и предназначено к использованию в радиоэлектронных системах сопровождения. Достигаемый технический результат - повышение точности сопровождения в условиях действия помех и увеличение времени памяти при периодическом выключении РЛС, увеличение помехоустойчивости системы сопровождения. Результат достигается за счет управления коэффициентом усиления фильтра К_k по информации от электронно-оптического датчика пространственной ориентации цели. Устройство сопровождения маневрирующей цели содержит адаптивный калмановский фильтр (6), блок управления коэффициентом усиления (5), блок обнаружения и определения типа маневра, состоящий из устройства вычисления величины проекции вектора радиальной составляющей ускорения цели на линию визирования (1), пороговых устройств (2, 4), схемы умножения (3). 3 ил.

Устройство сопровождения маневрирующей цели, содержащее адаптивный калмановский фильтр для сопровождения маневрирующей цели, на первый вход которого поступает информация от радиолокационной станции, а на второй вход - сигнал с блока управления коэффициентом усиления, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок обнаружения и определения типа маневра, состоящий из устройства вычисления величины проекции вектора радиальной составляющей ускорения цели на линию визирования, на вход которого поступает информация о пространственной ориентации цели относительно линии визирования от электронно-оптического датчика, выход указанного устройства вычисления соединен с первым входом первого порогового устройства и вторым входом схемы умножения, выход первого порогового устройства соединен с инверсным входом схемы умножения и вторым входом блока управления коэффициентом усиления, выход схемы умножения соединен с первым входом второго порогового устройства, выход которого соединен с первым входом блока управления коэффициентом усиления, на второй вход первого порогового устройства поступает сигнал, соответствующий уровню первого порога, на второй вход второго порогового устройства поступает сигнал, соответствующий уровню второго порога, при этом сигнал с блока управления коэффициентом усиления соответствует определенному типу движения цели.