СПОСОБ КООРДИНАТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2016 года по МПК G01S13/50 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при создании средств комплексной разведки объектов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу (прототипом) является способ координатной идентификации объектов (см., например, Скрынников В.Г., Терентьев С.В. Навигационно-связной метод идентификации // Радиотехника, 1997. №7. С. 107-111), основанный на двухканальном измерении координат наблюдаемого объекта, запоминании оценок координат в первом канале, экстраполяции оценок координат в обоих каналах, причем экстраполяцию во втором канале осуществляют относительно времени экстраполяции оценок координат в первом канале, запоминании экстраполированных оценок координат, вычислении параметра идентификации и его сравнении с пороговым значением.

К основным недостаткам прототипа относится существенное снижение достоверности идентификации объектов при увеличении интенсивности потока ложных оценок координат в одном из информационных каналов (например, в первом канале), обусловленных действием на его входе неразделяемых по направлению, частоте и времени действия «мешающих» сигналов от других объектов.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности идентификации объектов за счет уточнения экстраполированных оценок координат в обоих каналах и параметра идентификации с использованием дополнительно определяемых вероятностей появления полезных и ложных оценок координат, а также дисперсий отклонения ложных оценок от экстраполированных оценок координат в первом информационном канале.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе, основанном на двухканальном измерении координат наблюдаемого объекта, запоминании оценок координат в первом канале, экстраполяции оценок координат в обоих каналах, причем экстраполяцию во втором канале осуществляют относительно времени экстраполяции оценок координат в первом канале, запоминании экстраполированных оценок координат, вычислении параметра идентификации и его сравнении с пороговым значением, дополнительно определяют вероятности появления полезных и ложных оценок координат, а также дисперсии отклонения ложных оценок от экстраполированных оценок координат в первом канале, с использованием которых уточняют экстраполированные оценки координат в обоих каналах и параметр идентификации.

Сущность изобретения заключается в том, что в отличие от известного способа в предлагаемом способе дополнительно определяют вероятности появления полезных и ложных оценок координат, а также дисперсии отклонения ложных оценок от экстраполированных оценок координат в первом канале, которые используют для уточнения экстраполированных оценок координат в обоих каналах и параметра идентификации. Уточнение экстраполированных оценок координат и параметра идентификации достигается в результате весового объединения экстраполированных оценок, рассчитанных при гипотезе о появлении полезных оценок координат, с аналогичными оценками, рассчитанными при гипотезе о появлении ложных оценок координат с известными статистическими характеристиками. Это обеспечивает достижение заданного технического результата, а именно повышение достоверности идентификации объектов.

Определение вероятностей появления полезных и ложных оценок координат, а также дисперсии отклонения ложных оценок от экстраполированных оценок координат может быть выполнено, например, известным способом, приведенным в монографии «Радзиевский В.Г., Сирота А.А. Теоретические основы радиоэлектронной разведки. 2-е изд., испр. и доп. М.: Радиотехника, 2004. 432 с.» на 314 странице.

Заявляемый способ включает в себя следующие этапы:

1. Измерение первым каналом в некоторый момент времени τ_v координат i-го наблюдаемого объекта. В результате формируется вектор $$y_v^i$$ оценок координат, точность которых характеризуется корреляционной матрицей D_y.

2. Измерение вторым каналом в некоторый момент времени t_k координат j-го наблюдаемого объекта. В результате формируется вектор $$z_k^j$$ оценок координат, точность которых характеризуется корреляционной матрицей D_z.

3. Запоминание вектора $$y_v^i$$ оценок координат i-го объекта в первом канале.

4. Определение вероятности Р(А) появления полезных оценок, вероятности Р(В) появления ложных оценок, а также корреляционной матрицы S отклонения ложных оценок от экстраполированных оценок координат в первом канале.

5. Экстраполяция на момент времени τ_v+1(τ_v+1≥τ_v и τ_v+1≥t_k) оценок координат объектов в обоих каналах и вычисление корреляционных матриц ошибок экстраполяции в соответствии с выражениями

где $${\tilde{y}}_{v+1}^i$$ , $${\tilde{y}}_{v+1}^j$$ - векторы экстраполированных оценок координат объектов в первом и втором каналах; $${\tilde{R}}_{v+1}^{yy}$$ , $${\tilde{R}}_{v+1}^{yz}$$ - корреляционные матрицы ошибок экстраполированных оценок координат объектов в первом и втором каналах; Н - матрица коэффициентов связей известного вида; $$Ф\left(t_{\ast };t_{\ast -1}\right)$$ , $$Q\left(t_{\ast };t_{\ast -1}\right)$$ - динамическая матрица и матрица случайных возмущений известного вида, значения элементов которых зависят от интервала времени $$\left(t_{\ast };t_{\ast -1}\right)$$ ; $${\widehat{x}}_v^i$$ , $${\widehat{x}}_k^j$$ - векторы сглаженных оценок координат объектов в первом и втором каналах, вычисляемые известным способом (см., например, Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. М.: Радио и связь, 1991. С. 375); $$R_v^i$$ , $$R_k^j$$ - корреляционные матрицы ошибок сглаженных оценок координат объектов в первом и втором каналах; т - символ транспонированной матрицы.

6. Запоминание векторов $${\tilde{y}}_{v+1}^i$$ , $${\tilde{y}}_{v+1}^j$$ экстраполированных оценок и корреляционных матриц $${\tilde{R}}_{v+1}^{yy}$$ , $${\tilde{R}}_{v+1}^{yz}$$ ошибок экстраполированных оценок координат i-го объекта в первом и j-го объекта во втором каналах.

7. Вычисление параметра идентификации Par_v в соответствии с выражением

где $$y_n^i$$ - запомненный в момент времени τ_n(τ_n≤τ_v) в первом канале вектор оценок координат i-го объекта; $${\tilde{y}}_n^j$$ , $${\tilde{y}}_n^i$$ , $${\tilde{R}}_n^{yz}$$ , $${\tilde{R}}_n^{yy}$$ - запомненные в первом и втором каналах векторы экстраполированных на момент времени τ_n оценок координат и корреляционные матрицы ошибок экстраполированных оценок координат объектов.

8. Сравнение параметра идентификации Par_v с предварительно запомненным пороговым значением $$Pa{r}_v^0$$ , которое вычисляется в соответствии с выражением

где KV{p(x|K_v);F} - квантиль плотности вероятностей p(x|K_v) случайной величины х по уровню F; F - заданная вероятность ошибки идентификации объектов первого рода; K_v=v·n_y - число степеней свободы плотности вероятностей p(х|K_v); n_y - размер вектора $$y_v^i$$ Г(…) - гамма функция.

В результате сравнения параметра идентификации с пороговым значением формируется решение w_v об идентификации (w_v=1), либо не идентификации (w_v=0) i-го и j-го объектов в соответствии с выражением

Описанные этапы циклически повторяются по мере измерения информационными каналами координат i-го и j-го объектов.

Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, первым информационным каналом которого является станция радиотехнической разведки, а вторым каналом - радиолокационная станция. Структурная схема данного устройства приведена на фигуре 1, где обозначено: 1 - приемник станции радиотехнической разведки; 2.1 и 2.2 - блоки экстраполяции координат; 3.1 и 3.2 - запоминающие устройства; 4 - синхронизатор; 5 - блок вычисления параметра идентификации; 6 - пороговое устройство; 7 - приемник радиолокационной станции.

Приемник станции радиотехнической разведки 1 предназначен для обнаружения сигналов радиоэлектронных средств, измерения их координат (дальностей и азимутов), вычисления сглаженных оценок координат радиоэлектронных средств, определения вероятностей появления полезных и ложных оценок координат, а также дисперсий отклонения ложных оценок от экстраполированных оценок координат.

Блоки экстраполяции координат 2.1 и 2.2 предназначены для вычисления экстраполированных оценок координат объектов, наблюдаемых станцией радиотехнической разведки и радиолокационной станцией соответственно, а также дисперсий ошибок экстраполированных оценок координат с использованием выражений (1)-(4).

Запоминающее устройство 3.1 предназначено для оперативного запоминания текущих оценок координат, измеряемых станцией радиотехнической разведки, экстраполированных оценок и дисперсий ошибок экстраполированных оценок координат, вычисляемых блоком экстраполяции координат 2.1, а также выдачи указанных величин в блок вычисления параметра идентификации 5, выдачи в пороговое устройство 6 пороговых значений параметра идентификации.

Запоминающее устройство 3.2 предназначено для оперативного запоминания экстраполированных оценок и дисперсий ошибок экстраполированных оценок координат, вычисляемых блоком экстраполяции координат 2.2, и их выдачи в блок вычисления параметра идентификации 5.

Синхронизатор 4 предназначен для обеспечения согласованной во времени работы элементов устройства.

Блок вычисления параметра идентификации 5 предназначен для вычисления значения параметра идентификации с использованием выражения (5).

Пороговое устройство 6 предназначено для формирования решения об идентификации объектов, наблюдаемых станцией радиотехнической разведки и радиолокационной станцией, с использованием выражения (8).

Приемник радиолокационной станции 7 предназначен для обнаружения отраженных от объектов радиолокационных сигналов, измерения координат (дальностей и азимутов) объектов и вычисления сглаженных оценок координат объектов.

Устройство работает следующим образом. В результате обработки входных радиосигналов приемник станции радиотехнической разведки 1 по сигналам синхронизатора 4 формирует текущие и сглаженные оценки координат наблюдаемого объекта, а с использованием экстраполированных оценок координат объекта, поступающих из блока экстраполяции координат 2.1, определяет вероятности появления полезных и ложных оценок координат, а также дисперсии отклонения ложных оценок от экстраполированных оценок координат объекта. С выхода приемника станции радиотехнической разведки 1 текущие и сглаженные оценки координат поступают в блок экстраполяции координат 2.1, а текущие оценки координат еще и в запоминающее устройство 3.1. Вероятности появления полезных и ложных оценок координат, дисперсии отклонения ложных оценок от экстраполированных оценок координат поступают в блоки экстраполяции координат 2.1 и 2.2, а также в блок вычисления параметра идентификации 5, где используются для уточнения экстраполированных оценок координат и параметра идентификации. Вычисленные в блоке экстраполяции координат 2.1 экстраполированные оценки координат поступают в запоминающее устройство 3.1 и в приемник станции радиотехнической разведки 1, а дисперсии ошибок экстраполированных оценок координат - в запоминающее устройство 3.1.

В результате обработки отраженных радиолокационных сигналов приемник радиолокационной станции 7 по сигналам синхронизатора 4 формирует сглаженные оценки координат наблюдаемого объекта. С выхода приемника радиолокационной станции 7 указанные сглаженные оценки координат поступают в блок экстраполяции координат 2.2, где по сигналам синхронизатора 4 с учетом различий темпов обновления информации в станции радиотехнической разведки и радиолокационной станции вычисляются экстраполированные оценки и дисперсии ошибок экстраполированных оценок координат объекта. Вычисленные величины поступают в запоминающее устройство 3.2.

По сигналам синхронизатора 4 в блок вычисления параметра идентификации 5 из запоминающих устройств 3.1 и 3.2 поступают совокупности текущих и экстраполированных оценок координат объектов, а также дисперсии ошибок экстраполированных оценок координат, запомненные на всех тактах функционирования устройства. Указанные совокупности, наряду с вероятностями появления полезных и ложных оценок координат, а также дисперсиями отклонения ложных оценок от экстраполированных оценок координат объекта, используются для вычисления параметра идентификации. С выхода блока вычисления параметра идентификации 5 значение параметра идентификации поступает в пороговое устройство 6, на второй вход которого из запоминающего устройства 3.1 поступает пороговое значение параметра идентификации. В пороговом устройстве 6 в результате сравнения указанных величин формируется решение об идентификации (не идентификации) объектов, наблюдаемых станцией радиотехнической разведки и радиолокационной станцией. На последующих тактах функционирования устройства решение об идентификации этих объектов формируется аналогичным образом.

Для определения эффективности предлагаемого способа оценивались следующие показатели:

- вероятность $$P_E^I$$ ошибки идентификации объектов при использовании прототипа;

- вероятность P_E ошибки идентификации объектов при использовании предлагаемого способа;

- относительное уменьшение δР_Е вероятности ошибки идентификации объектов при использовании предлагаемого способа, рассчитываемое в соответствии с выражением

Показатели $$P_E^I$$ и Р_Е оценивались путем проведения статистических испытаний с использованием имитационной модели станции радиотехнической разведки, приведенной в монографии «Радзиевский В.Г., Сирота А.А. Теоретические основы радиоэлектронной разведки. 2-е изд., испр. и доп. М.: Радиотехника, 2004. 432 с.», и имитационной модели радиолокационной станции, приведенной в учебном пособии «Авиационные радиолокационные комплексы и системы: учеб. для слушателей и курсантов ВУЗов ВВС / под ред. П.И. Дудника. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2006. 1112 с.», при одинаковых типовых начальных условиях.

На фигуре 2 приведен график зависимости величины δР_Е от числа тактов v измерения станцией радиотехнической разведки координат наблюдаемого объекта для значения интенсивности потока ложных оценок координат в станции радиотехнической разведки 0,1 с^-1. Из анализа графика, приведенного на фиг. 2, видно, что применение предлагаемого способа приводит к существенному уменьшению вероятности ошибки идентификации объектов по мере увеличения числа тактов измерения станцией радиотехнической разведки координат наблюдаемого объекта. Так, например, для v>5 тактов вероятность ошибки идентификации объектов при использовании предлагаемого способа уменьшается более чем на 20%.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ координатной идентификации объектов, основанный на дополнительном определении вероятностей появления полезных и ложных оценок координат, а также дисперсии отклонения ложных оценок от экстраполированных оценок координат в первом канале, которые используют для уточнения экстраполированных оценок координат в обоих каналах и параметра идентификации.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что использование дополнительно определяемых вероятностей появления полезных и ложных оценок координат, а также дисперсий отклонения ложных оценок от экстраполированных оценок координат в первом информационном канале, повышает достоверность идентификации объектов.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы элементы, широко распространенные в области радиоэлектроники.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при создании средств комплексной разведки объектов. Достигаемый технический результат - повышение достоверности идентификации объектов за счет уточнения экстраполированных оценок координат в обоих каналах и параметра идентификации с использованием дополнительно определяемых вероятностей появления полезных и ложных оценок координат, а также дисперсий отклонения ложных оценок от экстраполированных оценок координат в первом информационном канале. Указанный результат достигается за счет того, что дополнительно определяют вероятности появления полезных и ложных оценок координат, а также дисперсии отклонения ложных оценок от экстраполированных оценок координат в первом канале, которые используют для уточнения экстраполированных оценок координат в обоих каналах и параметра идентификации. Уточнение экстраполированных оценок координат и параметра идентификации достигается в результате весового объединения экстраполированных оценок, рассчитанных при гипотезе о появлении полезных оценок координат, с аналогичными оценками, рассчитанными при гипотезе о появлении ложных оценок координат с известными статистическими характеристиками. 2 ил.

Способ координатной идентификации объектов, основанный на двухканальном измерении координат наблюдаемого объекта, запоминании оценок координат в первом канале, экстраполяции оценок координат в обоих каналах, причем экстраполяцию во втором канале осуществляют относительно времени экстраполяции оценок координат в первом канале, запоминании экстраполированных оценок координат, вычислении параметра идентификации и его сравнении с пороговым значением, отличающийся тем, что дополнительно определяют вероятности появления полезных и ложных оценок координат, а также дисперсии отклонения ложных оценок от экстраполированных оценок координат в первом канале, с использованием которых уточняют экстраполированные оценки координат в обоих каналах и параметр идентификации.