Brevet FR2713001A1 — publié le 19950602

L'invention concerne un procédé et un appareil d'évaluation d'une trajectoire de cible nouvellement signalée et de corrélation de la trajectoire de cible nouvellement signalée à des trajectoires de cibles ancien- nement signalées, dont des données sont disponibles dans une mémoire, afin que le fait que la trajectoire de cible nouvellement signalée représente en réalité une nouvelle cible soit déterminé. L'invention est destinée à être utilisée avec plusieurs postes de détection et de signalisation de cible, chacun transmettant des informations de cible à un processeur central qui comporte une mémoire de base de données d'informations de trajectoires de cibles. Il est possible qu'une trajectoire de cible nou- vellement signalée par l'un des postes de détection ait déjà été signalée au processeur central par un autre poste de détection et dont les données relatives sont conservées dans la mémoire de base de données. Il est essentiel que la trajectoire de cible nouvellement signalée20 soit évaluée par rapport aux données mémorisées de trajec- toires de cibles afin qu'on puisse déterminer si elle peut être corrélée à une cible connue (déjà signalée) et peut donc être rejetée. Les implications d'une erreur dans une telle évaluation sont appréciées. D'autre part,25 si la trajectoire de cible nouvellement signalée peut être confirmée comme étant connue (cible déjà signalée), les données correspondantes ne doivent pas être mémorisées, sous forme d'une trajectoire de cible séparée, dans la mémoire de base de données afin qu'une surcharge (et un ralentissement) du fonctionnement du processeur central soient évités. Les procédés connus d'évaluation par corrélation impliquent l'utilisation des propriétés de distribution d'erreurs pour le dimensionnement d'une porte d'exclusion. Toute trajectoire se trouvant en dehors de la porte d'exclu- sion n'est pas corrélée et est acceptée comme nouvelle cible. Cependant, lorsque la densité locale des cibles dans l'espace d'observation est élevée et/ou lorsque les-erreurs de poursuite d'un poste de détection sont relativement grandes, une ou plusieurs pistes peuvent ne, pas être rejetées et peuvent rester comme candidats possibles à une corrélation. Dans ce dernier cas, la procédure normale a été la répétition du test statistique avec des signalisa- tions successives de trajectoire afin qu'il soit déterminé quelle trajectoire candidate est la plus probable comme véritable élément de corrélation, à la suite d'une série de tests. Un texte disponible décrivant la corrélation du type précité est le rapport Naval Research Laboratory Report n 8340, octobre 1979 "Naval Ocean-surveillance Correlation Handbook, 1978" par H.L. Wiener, W.W. William, I.R. Goodman15 et J.H. Kullback. Lorsque la décision de corrélation ou non doit reposer sur des données limitées et/ou lorsqu'il existe une sérieuse contrainte dans le temps et que la corrélation doit être déterminée à la suite d'un seul test, c'est-à-dire20 en un seul passage, les procédés connus de corrélation pro- voqueraient un grand nombre de rejets incorrects avec mémo- risation correspondante superflue de nouvelles données de "nouvelle cible" dans un processeur central alors qu'en fait les données de "nouvelle cible" concernent une cible existante. La présente invention a pour objet la mise à dis- position d'un procédé et d'un appareil perfectionnés per- mettant une corrélation de trajectoires de cibles en un seul passage.30 Selon la présente invention, un procédé de corréla- tion de trajectoires de cibles comprend les étapes de comparaison des paramètres de position d'une nouvelle cible à des paramètres mémorisés de position-vitesse de trajec- toires de cibles connues, dans 1) un filtre grossier de position destiné à rejeter les trajectoires dont les données mémorisées per- mettent une exclusion de la corrélation en toute sécurité, 2) la détermination du fait que la nouvelle cible peut éventuellement être corrélée, entre les limites de l'erreur de poursuite de cible, à des trajectoires mémori- sées de cibles extrapolées au moment et à la position si- gnalés pour la nouvelle cible, 3) l'exécution de la sélection du plus proche voi- sin des trajectoires mémorisées de cibles choisies comme candidats pour la corrélation, entre les limites de l'er- reur de poursuite de cible, et 4) lorsque plusieurs candidats se trouvent entre les limites de l'erreur de poursuite de cible, le rejet de la sélection du voisin le plus proche comme candidat cor- rélé lorsque la position extrapolée du voisin le plus proche a une distance qui diffère de la cible nouvellement signalée de plus de la moitié de la distance du voisin le plus proche suivant. L'invention concerne aussi un appareil d'évalua- tion de la corrélation d'une nouvelle cible avec des trajectoires mémorisées de cibles, comprenant un filtre grossier destiné à rejeter toutes les trajectoires mémo- risées de cibles dont les paramètres de position permettent un rejet en toute sécurité, un filtre formant porte d'erreur de poursuite destiné à ne transmettre que les trajectoires mémorisées de cibles dont les paramètres remis à jour de position se trouvent dans les tolérances d'erreur de poursuite, un dispositif de sélection, comme plus proche voisin, de la trajectoire de cible transmise dont les para- mètres remis à jour de position la placent la plus près de la nouvelle cible, un dispositif de détermination du fait30 que la position de la trajectoire de cible passant le plus près, parmi plusieurs trajectoires de cibles considérées, diffère de la position de la nouvelle cible de moins de la moitié de la distance de la position de la trajectoire suivante de cible passant le plus près et, dans le cas po-35 sitif, à accepter la trajectoire de cible passant le plus près comme trajectoire corrélée de cible. L'invention est décrite plus en détail à titre- -2713001 d'exemple en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un diagramme synoptique d'un sys- tème de poursuite comprenant des circuits de corrélation préalable selon l'invention; la figure 2 est un schéma explicatif du fonction- nement d'un circuit de corrélation préalable selon la présente invention; et la figure 3 représente les éléments du circuit de corrélation préalable de la figure 2. Comme représenté sur la figure 1, un système de poursuite comporte un processeur central 10 et une mémoire 12 de données. Plusieurs postes 14 de détection et de poursuite de cible détectent et poursuivent des cibles et transmettent des informations concernant les cibles au15 processeur central 10 afin qu'il traite l'information et conserve des paramètres de temps, de position et de vitesse des cibles détectées dans la mémoire 12 de données. La corrélation des trajectoires de cibles est réalisée par le processeur central 10 sur l'information qu'il en reçoit. Cependant, un poste 14a de poursuite peut signaler une nouvelle cible qui en fait a déjà été signalée par un poste 14b de poursuite de cible. Afin d'éviter une surcharge du processeur central (et en conséquence un ralentissement de son fonction- nement), un circuit 16 de corrélation préalable est disposé selon l'invention entre chaque poste 14 de poursuite et le processeur central 10. Il faut noter que chaque circuit 16 de corrélation préalable peut faire partie de son poste 14 de poursuite ou peut faire partie du processeur central 10. La charge de chacun des circuits 16 de corrélation préalable est d'assurer que des données, concernant une nouvelle cible, ne peuvent pas être corrélées à celles d'une trajectoire déjà conservée dans la mémoire 12 de données. Le circuit 16 de corrélation préalable applique un35 algorithme par étapes, en un seul passage, à une détection de cible nouvellement reçue. La figure 2 illustre le fonc- tionnement du circuit de corrélation préalable alors que la figure 3 le représente plus en détail. L'algorithme de corrélation préalable évalue, en un seul passage, si une trajectoire nouvellement reçue est la trajectoire d'une nouvelle cible ou est la trajectoire5 d'une cible déjà reçue à partir d'un autre poste 14 et déjà conservée dans la mémoire 2 de données, ou non. L'opé- ration est réalisée par comparaison des paramètres de position de la nouvelle trajectoire avec des paramètres remis à jour de position de toutes les autres trajectoires10 conservées dans la mémoire 12 de base de données. L'éva- luation est réalisée en quatre étapes par des filtres convenables du circuit 16 de corrélation préalable, qui sont les suivants: une porte 16a de filtre grossier (voir figure 2) - c'est-à-dire un filtre à position rectangulaire importante dont le rôle est de rejeter, rapidement et avec un minimum de calculs,toutes les trajectoires mémorisées dans la base de données qui peuvent être exclues en toute sécurité comme candidats à la corrélation,20 Une porte 16b d'erreur de poursuite - c'est-à-dire un filtre de position plus petite dont la dimension et la configuration sont déterminées par l'information disponible à propos des erreurs de poursuite qui peuvent être attri- buées aux sources 14 de signalisation de trajectoires. Les trajectoires de la base de données qui ont traversé la porte 16a de filtre grossier ont leurs coordonnées de position qui ont été extrapolées au moment de l'apparition du nouveau signal de trajectoire et le fait que la position extrapolée se trouve dans la porte d'erreur de poursuite30 centrée sur la position de la nouvelle trajectoire est alors déterminé. Lorsqu'aucune trajectoire de la base de données n'entre dans la porte d'erreur de poursuite, la nouvelle trajectoire est acceptée comme originale. Sélection du voisin le plus proche - c'est-à-dire la sélection de la trajectoire de la base de données dont la position extrapolée est la plus proche de celle de la nouvelle trajectoire dans la porte d'erreur de poursuite 6 comme étant le candidat le plus probable à la corrélation. La règle de décision de conservation - c'est-à-dire celle qui est appliquée dans le rectangle 16c pour la déter- mination du fait qu'il existe ou non un indice d'accepta-5 tion de la sélection du plus proche voisin comme corrélation valable. La porte 16a de filtre grossier fonctionne de la manière suivante. On suppose que les paramètres de position de la nouvelle trajectoire sont (X, Y) au temps t et que les paramètres de la trajectoire de la base de données sont (Xi' Yi, xi, Yi) au temps ti. La trajectoire de la base de données passe dans la porte 16a de filtre grossier lorsque: X - Xi filtre grossier, la porte 16b d'erreur de poursuite déter- mine si la trajectoire peut être rejetée ou non comme candidat à la corrélation, avec un degré élevé de confiance. L'information actuelle sur la variance et la covariance des coordonnées de position de la trajectoire est malheureu- sement normalement conservée par les filtres de poursuite aux sources 14 de signalisation et n'est pas transmise avec les signaux de trajectoire. Les seuls critères dis- ponibles sont certaines qualités de la trajectoire, sous forme de distances d'erreur et d'estimations a priori de la précision moyenne de poursuite des diverses sources 14 de signalisation. Pour cette raison, une porte circulaire est utilisée, la mesure étant la distance au centre, les in- formations relatives aux axes X et Y étant perdues. On suppose qu'une information suffisante est disponible pour l'estimation de a et oi, qui sont les moyennes des écarts de la position de la trajectoire pour la nouvelle trajectoire et la trajectoire de la base de données. Les calculs suivants sont alors réalisés. At = t- t. Xi' = X. + Ate. i i Y'i = Yi + AtYi (X'i, Y'i) est la position extrapolée de la trajectoire de la base de données. La distance di est calculée à i l'aide de cette position, sous la forme: d = ((X - X')2 + (Y - Yi)2)12 Lorsque di > 3 (a2 + ai 2), la trajectoire de la base de données est rejetée comme candidat à la corrélation. Il faut noter que la validité des positions extrapolées15 dépend de la précision et de l'exactitude de l'horodatage qui peut être obtenu pour les données mémorisées et de la nouvelle trajectoire. La sélection du plus proche voisin est réalisée de la manière suivante. Lorsque plusieurs trajectoires de base de données ont été choisies dans la porte 16b d'erreur de poursuite comme candidats à la corrélation pour la nouvelle trajec- toire, une sélection doit être réalisée entre les candidats. Un algorithme à plusieurs passages ferait reposer le choix25 du candidat sur les résultats de la sélection du candidat sur un certain nombre de cycles de remise à jour. En un seul passage, le choix doit être réalisé après une seule sélection. Dans ces conditions, le candidat le plus probable est choisi par la règle du plus proche voisin. Lorsque les distances (di... dn) sont associées à n trajectoires can- didates, celle pour laquelle di = min (di... dn) est choisie comme le candidat le plus probable pour la corrélation, c'est-à-dire le "plus proche voisin". La règle de décision de conservation est appliquée dans le rectangle 16c sous la forme suivante: la règle du plus proche voisin a sélectionné le candidat le plus probable à la corrélation si la nouvelle trajectoire est en fait corrélée à une trajectoire de base de données. Toutes les étapes de l'algorithme exécutées jusqu'à présent ont été des étapes de rejet si bien que le plus qui puisse être indiqué sur le candidat sélectionné est qu'il n'existe pas d'indication de son absence de corrélation avec la nouvelle trajectoire. Le nombre de candidats passant dans la porte 16b d'erreur de poursuite (lorsque plusieurs candidats sont présents) est faible, habituellement de 2 à 4. Leur présence est due à des facteurs tels que la manoeuvre, une estimation excessive des erreurs de poursuite et une faible séparation locale des cibles. L'échantillon est trop petit pour constituer la base de critères statistiques stricts, mais une règle logique de prévision peut être tirée afin que la validité de l'acceptation du candidat constituant le plus proche voisin soit évaluée. Si l'on suppose que la trajectoire candidate cons- tituant le plus proche voisin et la nouvelle trajectoire signalent lamêmecible, min (di...dn) est alors une mesure de l'erreur. Tous les autres (di... dn) sont une mesure de l'erreur augmentée de la séparation des cibles. Un test élémentaire, pour un dessin ou une structure de distances de trajectoire candidate correspondant à cette hypothèse, est le suivant: n min (d1... dn) constituant le plus proche voisin est accepté comme présen- tant la corrélation avec la nouvelle trajectoire. Dans le cas contraire, aucune décision n'est prise et, à ce stade, la nouvelle trajectoire est acceptée comme nouvelle trajec- toire pour être mémorisée dans la mémoire 12 de données et pour être traitée par le processeur central 10. 9 2713001 Lorsque deux candidats seulement sont transmis par la porte 16b d'erreur de poursuite et lorsque d2 > d1, le test appliqué au rectangle 16c se réduit à: 2d1 le plus proche voisin. Ce test est appelé règle de décision de conserva- tion car, il a été montré que le rejet d'une cor- rélation véritable était plus probable que l'acceptation d'une fausse corrélation, dans des essais simulés. L'invention n'est pas limitée aux détails précis de l'exemple qui précède. Par exemple, il faut réaliser qu'un système de poursuite tel que décrit est simplement un exemple et peut comporter de nombreux autres postes de15 détection et de poursuite (ou un plus petit nombre) et peut comporter plus d'éléments (non décrits) remplissant d'autres fonctions. De même, la réalisation de la porte de filtre grossier, de la porte d'erreur de poursuite, de la sélec- tion du plus proche voisin et de l'application de la20 règle de décision de conservation peuvent être réalisées sous des formes très diverses, à la fois matérielle, micro- programmée et programmée. REVENDICATIONS 1. Procédé de corrélation de trajectoires de cibles, comprenant les étapes de comparaison des'paramètres de position d'une nouvelle cible avec des paramètres mé- morisés remis à jour de trajectoires de cibles connues dans: 1) un filtre de position grossière (16a) destiné à rejeter les trajectoires lorsque les données mémorisées permettent une exclusion d'une corrélation avec sécurité, 2) d'acceptation, comme candidat à la corrélation, des trajectoires mémorisées de données dont la position remise à jour diffère de la position de la nouvelle cible de l'erreur de poursuite de cible au maximum, 3) d'exécution (16c) d'une sélection du plus proche voisin des trajectoires acceptées de données mémorisées, et 4) lorsqu'il existe plusieurs candidats acceptés, de rejet, comme candidats à la corrélation, de la sélection d'un plus proche voisin dont la position remise à jour dif- fère de la nouvelle position de cible de plus de la moitié de la distance du plus proche voisin suivant.20 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le filtre grossier (16a) est disposé de manière qu'il rejette, comme candidats, toutes les trajectoires de données mémo- risées dont la position diffère de la position de la nouvelle cible de plus du triple de l'erreur moyenne de poursuite d'un poste de poursuite de détection qui a signalé la nouvelle cible. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel les trajectoires de données mémorisées dont la position remise à jour diffère de la position de la nouvelle30 cible de plus du triple de la racine de la somme des carrés de ces différences et de celles de la nouvelle cible, sont rejetées comme candidats à la corrélation. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 3, dans lequel une règle de décision de conservation (16c) appliquée aux trajectoires de cibles mé- morisées et acceptées, cette règle acceptant une trajec- toire du plus proche voisin comme trajectoire corrélée uniquement si sa position remise à jour diffère de la position de la nouvelle cible d'une distance qui est inférieure à la différence moyenne entre la position de la trajectoire acceptée et de la nouvelle position de cible, et lorsque toutes les autres différences de position de trajectoires sont supérieures à cette moyenne. 5. Procédé de corrélation de trajectoires de cibles mémorisées à une nouvelle trajectoire de cible, pra- tiquement comme décrit précédemment. 6. Corrélateur destiné à corréler une nouvelle cible avec des trajectoires connues de cibles conservées dans une base de données, comprenant un filtre grossier (16a) destiné à rejeter, comme candidats à la corrélation, toutes les trajectoires de cibles mémorisées dont la position diffère de plus d'un multiple prédéterminé d'une erreur moyenne de poursuite d'un poste de poursuite et de détection qui a signalé la nouvelle cible, un filtre à porte d'erreur de poursuite (16b) destiné à accepter des trajec- toires de données mémorisées comme candidats à la corréla- tion dont la position remise à jour diffère de la position de la nouvelle cible au plus d'un multiple prédéterminé de la racine de la somme des carrés des différences des positions de trajectoires de la nouvelle trajectoire et de la trajectoire mémorisée, un dispositif destiné à effectuer la sélection d'un plus proche voisin parmi les trajectoires de données mémorisées acceptées, et un dispositif (16c) destiné à accepter, comme trajectoires corrélées, le plus proche voisin de plusieurs trajectoires de données mémorisées et acceptées dont la position diffère de celle de la nouvelle cible de moins de la moitié de la distance du plus proche voisin suivant. 7. Système de poursuite de cible comprenant plu- sieurs postes de détection et de poursuite de cible, un processeur central (10) auquel les postes transmettent une signalisation, une mémoire de données (12) associée au processeur central et destinée à conserver des données signalées par les postes afin qu'elles soient traitées par le processeur central, et un corrélateur (16) selon la revendication 6 placé entre un poste et le processeur central.