СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ЦЕЛИ ПО ДАННЫМ АКТИВНОЙ ЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ, УСТАНОВЛЕННОЙ НА ПОДВИЖНОМ НОСИТЕЛЕ Российский патент 2009 года по МПК G01S13/00 

Изобретение относится к области создания технических средств освещения внешней обстановки и может быть применено при проектировании активных локационных (радиолокационных, гидролокационных, лазерных и других) станций обнаружения целей с антеннами, установленными на подвижных носителях (буях, платформах, плавсредствах, летательных аппаратах и т.п.).

Одной из основных задач, решаемых локационной станцией (ЛС), является определение абсолютных (относительно поверхности Земли) параметров движения обнаруженных целей, в частности скорости и курса. Данные параметры важны потребителю информации ЛС для принятия адекватных мер поведения, например, для идентификации цели по скорости в задаче обнаружения и классификации движущегося подводного диверсанта на фоне неподвижных целей, лежащих на дне.

Сложность решения данной задачи, при установке антенн на подвижном основании, обуславливается необходимостью компенсации собственного движения носителя для определения параметров движения обнаруженных целей. Принципиально можно выделить два подхода к ее решению. Первый из них подразумевает использование только данных, поступающих от ЛС, в то время как второй требует наличия на борту подвижного носителя навигационной системы, измеряющей параметры движения носителя.

Способ компенсации собственного движения носителя с использованием только показаний ЛС описан в работе Handegard N.O., Patel R., Hjellvik V. Tracking individual fish from a moving platform using a split-beam transducer. - J.Acoust. Soc. Am. V.118, №4, October 2005, pp.2210-2223. По этому способу предлагается формировать компенсирующую поправку к оценке каждого из измеряемых параметров цели (пеленга и дистанции) путем вычисления разности оценок данного параметра на текущем и предыдущем циклах обзора и усреднять эти разности на некотором скользящем интервале времени по всем наблюдаемым целям:

где - компенсированный пеленг i-й цели на j-м цикле обзора;

- сглаженное значение оценки пеленга i-й цели на j-м цикле обзора, вычисляемое по формуле:

где - оценка пеленга k-й цели на j-м цикле обзора;

N - число наблюдаемых целей;

М - число циклов обзора, на которых вычисляется поправка.

Недостатком данного способа является то, что он работоспособен только в том случае, когда носитель совершает только колебательные движения по одной либо нескольким своим координатам. Кроме того, не учитывается то, что на временном отрезке обсервации, обуславливаемой числом М, цели могут изменять свое местоположение, что приведет к смещению оценки дрейфа.

При наличии на борту носителя навигационной системы можно избавиться от указанных недостатков. Этот способ реализуется в наиболее близком аналоге заявляемого изобретения (прототипе), описанном на с.241-242 книги "Справочник штурмана"/ Под ред. В.Д.Шандабылова. - М.: Воениздат, 1968. Этот способ включает определение по данным локатора текущего относительного (относительно носителя) вектора скорости цели, описываемого относительными скоростью и курсом цели, и одновременное определение с использованием навигационной системы текущего абсолютного вектора скорости носителя ЛС, описываемого абсолютными скоростью и курсом носителя, с последующим векторным сложением вектора относительной скорости цели и вектора абсолютной скорости носителя. Результатом этого сложения является вектор абсолютной скорости цели, описываемый абсолютными скоростью и курсом цели.

В аналитическом виде алгоритм, реализуемый данным способом, записывается следующим образом:

где - вектор абсолютной скорости цели;

- вектор относительной скорости цели;

- вектор абсолютной скорости носителя.

Для определения скорости и курса цели спроецируем вектора в правой и левой частях уравнения (1) на координатные оси неподвижной декартовой системы координат на плоскости с осями, ориентированными на север и восток. В результате получим:

где V_ц/абс, K_ц/абс - абсолютные скорость и курс цели;

V_ц/отн, K_ц/отн - относительные скорость и курс цели;

V_н/абс, K_н/абс - абсолютные скорость и курс носителя.

Из системы уравнений (2) абсолютные скорость и курс цели определяются по формулам:

Недостатком описанного способа является то, что он не работоспособен в случае, если носитель не оснащен навигационной системой, что не позволяет впрямую определить параметры движения носителя. В качестве примеров подобных случаев можно привести: свободно дрейфующие надводные и подводные платформы (буи), оснащенные станциями освещения подводной обстановки; надводные корабли (суда), лежащие в дрейфе с выключенной навигационной системой; мобильные наземные РЛС и др.

Существо предлагаемого изобретения состоит в определении абсолютных скорости и курса носителя путем автоматического формирования группы неподвижных целей посредством выявления целей с идентичными параметрами движения, определения средних для этой группы относительных (относительно носителя) скорости и курса целей, и пересчета их в абсолютные скорость и курс носителя. Этот способ позволяет отказаться от использования навигационной системы и в то же время он лишен недостатков, присущих способу, описанному в Handegard N.O., Patel R., Hjellvik V. Tracking individual fish from a moving platform using a split-beam transducer. - J.Acoust. Soc. Am. V.118, №4, October 2005, pp.2210-2223.

Заявляемый способ отличается от прототипа тем, что абсолютная скорость носителя и его курс определяются с использованием относительных скоростей неподвижных целей и их курсов. В частности, в случае гидролокационной системы (ГЛС) заведомо неподвижными целями являются отчетливо наблюдаемые отметки на выходе ГЛС, идентифицированные с известными неподвижными объектами. В качестве этих объектов могут выступать якорные бочки, буи, указывающие фарватер, пирсы, известные крупногабаритные объекты, лежащие на дне.

Допустим, что в зоне действия ЛС наблюдается группа неподвижных целей, т.е. целей, абсолютные скорости которых равны нулю (V_ц/абс=0). Из системы уравнений (2) при подстановке в нее V_ц/абс=0 нетрудно получить:

Т.е. абсолютная скорость подвижного носителя равна относительной скорости каждой неподвижной цели, а абсолютный курс носителя равен обратному относительному курсу каждой неподвижной цели. Из этого факта также следует, что все неподвижные цели имеют идентичные относительные (относительно подвижного носителя) параметры движения (скорость и курс). Поэтому формировать группу неподвижных целей можно путем выявления из всего массива наблюдаемых целей с идентичными параметрами движения.

Тогда абсолютные скорость и курс носителя могут быть вычислены путем усреднения оценок скоростей и курсов целей, отнесенных к группе неподвижных целей:

где N_н - количество выявленных неподвижных целей;

V_ц/отнj, K_ц/отнj - относительные скорость и курс j-й выявленной неподвижной цели.

Таким образом, существенными признаками заявляемого изобретения являются:

- автоматическое формирование группы неподвижных целей посредством выявления из наблюдаемых целей целей с идентичными параметрами движения;

- определение абсолютных параметров движения носителя ЛС путем определения средних относительных параметров движения (скорости и курса) группы выявленных неподвижных целей и их пересчета в абсолютные параметры движения носителя по формулам (5).

В качестве примера осуществления заявляемого изобретения можно рассмотреть активную гидролокационную станцию (ГЛС) обнаружения подводных диверсантов, установленную на надводном корабле. Данная ГЛС используется при нахождении корабля на якорной стоянке либо лежании в дрейфе, когда основная энергетическая установка выключена и средства навигации не функционируют. Под действием течения и ветра корабль может осуществлять движение подчас по весьма сложной траектории. Ввиду этого неподвижные подводные цели, лежащие на дне, за счет движения носителя ГЛС приобретают квазидвижение и их становится трудно отличить от фактически движущегося подводного диверсанта. Для определения в этой ситуации абсолютных параметров движения целей автоматически выявляется группа целей с относительными параметрами движения, отличающимися на величины не более заданных пороговых, и с числом целей в группе не менее заданного порогового. Определяются средние относительные скорость и курс целей этой группы. По формуле (5) они пересчитываются в абсолютные скорость и курс носителя и далее подставляются в формулу (3) для вычисления абсолютных параметров движения остальных целей.

Поскольку ГЛС обнаружения подводных диверсантов постоянно наблюдает большое число неподвижных целей (объектов, лежащих на дне, якорных бочек, буев, указывающих фарватер, подводные части пирсов), заявляемое изобретение является работоспособным.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение условий применимости прототипа путем обеспечения его работоспособности при отсутствии навигационной системы на носителе ЛС, что достигается посредством выявления группы целей с идентичными относительными параметрами движения, определения средних значений относительных скорости и курса целей этой группы и их пересчета в абсолютные параметры движения носителя. Таким образом, задачу изобретения можно считать решенной.

Изобретение может быть применено при проектировании активных локационных (радиолокационных, гидролокационных, лазерных и других) станций (ЛС) обнаружения целей с антеннами, установленными на подвижных носителях (буях, платформах, плавсредствах, летательных аппаратах и т.п.). Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в способ определения абсолютных параметров движения цели, наблюдаемой активной локационной станцией, установленной на подвижном носителе, включающий вычисление абсолютного курса и скорости наблюдаемого объекта путем сложения векторов относительной скорости цели, определяемой по показаниям локационной станции, и абсолютной скорости носителя локационной системы, введены следующие новые признаки: абсолютная скорость носителя локационной станции определяется как равная средней относительной скорости группы неподвижных цели, наблюдаемых локационной станцией, а абсолютный курс носителя определяется как противоположный среднему относительному курсу этой группы неподвижных целей. Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение условий применимости прототипа путем обеспечения его работоспособности при отсутствии навигационной системы на носителе ЛС. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ определения абсолютных параметров движения цели, наблюдаемой активной локационной станцией, установленной на подвижном носителе, состоящий в вычислении абсолютного курса и скорости наблюдаемого объекта путем сложения векторов относительной скорости цели, определяемой по показаниям локационной станции, и абсолютной скорости носителя локационной системы, отличающийся тем, что абсолютная скорость носителя определяются как равная средней относительной (относительно носителя) скорости группы неподвижных целей, а курс носителя определяется как противоположный среднему относительному (относительно носителя) курсу группы неподвижных целей.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что группа неподвижных целей выявляется автоматически путем выбора из всех наблюдаемых целей тех, которые имеют идентичными параметрами движения.