ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСЧЕТА ТРАЕКТОРНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГРУППОВЫХ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к вычислительной технике, конкретно к цифровым устройствам для расчета траекторных параметров групповых баллистических объектов (ГБО), включая траекторные параметры отдельных элементов и сгустков элементов в ГБО.
Известны средства /1-15/ для расчета траекторных параметров ГБО, содержащие программно-алгоритмические вычислители первичной и вторичной обработки радиолокационной информации (РЛИ), основанные на стробовой / 2, с. 294-297/ обработке радиолокационных сигналов.
Недостатком известных средств является повышенная вероятность формирования ложных траекторий ГБО, выдаваемых потребителю РЛИ.
Желательно уменьшить эту вероятность на основе учета внутренней пространственной структуры ГБО.
Средств, обеспечивающих решение этой задачи в известном уровне техники на указанном принципе, не выявлено.
Задачей полезной модели является снижение вероятности формирования ложных траекторий ГБО, выдаваемых потребителю РЛИ.
Техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи, является создание цифрового устройства для расчета траекторных параметров ГБО с уменьшенным количеством ложных трасс за счет учета индивидуальных особенностей траекторий движения групп ГБО, пространственного разрежения и сгущения этих групп и разрешаемых баллистических объектов в них.
Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной задачи характеризуется тем, что цифровое устройство для расчета траекторных параметров групповых баллистических объектов (ГБО) содержит последовательно соединенные блок обработки радиолокационной информации обзора и блок межобзорной обработки радиолокационной информации.
В свою очередь, блок обработки радиолокационной информации обзора содержит последовательно соединенные блок разбиения множества отметок на подмножества, блок ранжирования, блок расчета геометрических центров подмножеств, причем блок ранжирования соединен по второму выходу с блоком отождествления подмножеств.
Блок межобзорной обработки радиолокационной информации содержит последовательно включенные блок отождествления подмножеств, запоминающее устройство опорных точек траекторий и блок вычисления траекторных параметров.
Такое выполнение последовательно соединенных блока обработки радиолокационной информации обзора и блока межобзорной обработки радиолокационной информации позволяет учесть особенности пространственной структуры (скопление и разрежение) ГБО. Этот учет позволяет обеспечить снижение вероятности образования ложных трасс.
В целом указанные технические преимущества позволяют решить поставленную задачу и достичь заявленного технического результата, заключающегося в снижении вероятности образования ложных.
На фиг. 1 представлена функциональная схема цифрового устройства для расчета траекторных параметров групповых баллистических объектов (ГБО), на фиг. 2 - матрица разбиения множества отметок на подмножества, на фиг. 3 - матрица, поясняющая принцип формирования подмножеств из множества элементов ГБО, представленного на примере фиг. 4.
Цифровое устройство для расчета траекторных параметров групповых баллистических объектов содержит последовательно соединенные блок 1 обработки радиолокационной информации обзора (РЛИО) и блок 2 межобзорной обработки радиолокационной информации (РЛИМ). Блок 1 РЛИО по входу соединен с выходом устройства вторичной обработки РЛИ радиолокационной станции (РЛС) и содержит блок 1.3 расчета геометрических центров подмножеств (РГЦП), а также последовательно соединенные блок 1.1 разбиения множества отметок на подмножества (РОМП) и блок 1.2 ранжирования. Первый выход блока 1.2 ранжирования соединен с первым входом 2.1 блока 2 РЛИМ непосредственно, а второй выход блока 1.2 через блок 1.3 расчета геометрических центров подмножеств (РГЦП) - со вторым входом 2.2 блока 2 межобзорной обработки радиолокационной информации (РЛИМ). Блок 2 РЛИМ, в свою очередь, содержит блок 2.3 отождествления подмножеств (ОПМ), запоминающее устройство 2.4 опорных точек траекторий (ЗУОТТ) и блок 2.5 вычисления траекторных параметров (ВТП). Причем сигнальный вход 2.1 блока 2 РЛИМ через блок 2.3 ОПМ соединен с первым входом ЗУОТТ 2.4, второй вход которого соединен со вторым входом блока 2 РЛИМ. Выход ЗУОТТ 2.4 через блок 2.5 ВТП соединен с индикаторным устройством отображения РЛИ (не показано). Устройство отображения выполнено в виде дисплея, установленного на автоматизированном рабочем месте (АРМ) оператора РЛС. АРМ выполнен на основе промышленной электронной вычислительной машины (ЭВМ), снабженной пультом управления в виде наборного поля и ручного манипулятора типа «мышь».
Блок 1.1 разбиения множества отметок на подмножества (РОМП) блока РЛИО выполнен в виде вычислителя матрицы (фиг. 2) распределения множества обнаруженных в течение текущего обзора отметок на подмножества из формулы расчета нечетких отношений принадлежности по координатам:
j
i
где  - функция принадлежности отметки х тому же подмножеству, что и x;
i
x - обозначение перебираемых отметок текущего обзора в строках формируемой матрицы;
j
x - обозначение перебираемых отметок текущего обзора в столбцах формируемой матрицы;
вн
i
j
r - расстояние между перебираемыми отметками x и х;
внеш
r - расстояние между наиболее удаленными отметками;
Δ - систематическая ошибка определения координат (определяется по результатам испытаний).
Блок 1.2 ранжирования выполнен в виде цифрового формирователя ранжированной булевой матрицы (фиг. 3) по числу значащих функций μ(x) принадлежности с одновременным сжатием радиолокационной информации путем поглощения верхней по рангу строкой булевой матрицы нижних ее строк с единичной функцией принадлежности. При этом значащими функциями принадлежности являются функции, уровень значимости которых выше порога β, определяемого оператором АРМ. Функциям принадлежности, значение которых выше указанного порога, присваивается значение «1», значение которых ниже указанного порога - «0».
Блок 1.3 расчета геометрических центров подмножеств (РГЦП) выполнен в виде вычислителя геометрического центра по формулам:
i
i
i
где x, y, z - координаты обнаруженных отметок подмножества в неподвижной геоцентрической системе координат;
гц
гц
гц
х, у, z - координаты геометрического центра подмножества;
N - число отметок, отнесенных к подмножеству.
Блок 2.3 отождествления подмножеств выполнен в виде вычислителя наименьшего расстояния между эталонами выделенных на соседних обзорах подмножеств:
где  - эталон k-го подмножества текущего обзора;
- эталон l-го подмножества предыдущего обзора;
K - количество выделенных на текущем обзоре подмножеств.
Запоминающее устройство 2.4 опорных точек траекторий выполнено с возможностью формирования и выдачи в блок 2.5 массива из опорных точек по находящимся на сопровождении траекториям.
Блок 2.5 вычисления траекторных параметров (ВТП) выполнен в виде вычислителя, реализующего метод восстановления кривой с помощью функции регуляризации по уравнению Кеплера. В данном блоке 2.5 реализован метод минимизации - метод наименьших квадратов, функция минимизации - сумма квадратов ошибок координат. Оптимизационным алгоритмом для метода наименьших квадратов выбран алгоритм Левенберга-Марквардта, функция минимизации:
где  - значения координат, полученные от запоминающего устройства 9.2.4,
0
- расчетное значение координат по алгоритму минимизации, t - метка времени первого обзора, Т - длительность наблюдения.
рассчитываются по уравнению Кеплера с применением численного интегрирования по формулам:
Аналогично:
где - проекция скорости центра подмножества соответственно на оси х, у, z в момент времени t-dt, dt - шаг интегрирования по времени, - расстояние от объекта до центра Земли,  - ускорение свободного падения для этого расстояния.
-11
2
2
24
З
где G≈6,67384⋅10 H⋅м/кг - гравитационная постоянная, M≈5,9726⋅10 кг - масса Земли.
Все элементы блоков 1-2 выполнены на отдельных перепрограммируемых интегральных микроконтроллерах, соединенных между собой и с АРМ 4 интерфейсными линиями связи и снабженных вшитой в их память соответствующей программы вычислений функций (1-12).
Цифровое устройство для расчета траекторных параметров групповых баллистических объектов работает следующим образом.
При включении системы с АРМ РЛС на вход блока 1.1 поступает накопленный массив обнаруженных отметок за период обзора РЛС для расчета траекторных параметров групповых баллистических объектов. В блоке 1.1 в соответствии с выражениями (1, 2) формируется матрица функции принадлежности обнаруженных отметок к одному подмножеству. Полученная матрица передается в блок 1.2 для ранжирования матрицы по рангу значащих функций принадлежности для каждого объекта. Значащими функциями принадлежности являются функции, уровень значимости которых выше порога β, определяемого оператором АРМ. Функциям принадлежности, значение которых выше указанного порога, присваивается значение «1», значение которых ниже указанного порога «0». Уровень порога значимости β оператором выбирается исходя из необходимой степени детализации и наличных вычислительных мощностей. Далее ранжированная матрица передается одновременно на блок 1.3 расчета геометрических центров подмножеств и блок 2.3 отождествления подмножеств. В блок 1.3 в соответствии с формулами (3-5) производится расчет геометрических центров выделенных подмножеств ГБО, а в блоке 2.3 - отождествление подмножеств в соответствии с формулой (6). Результаты вычислений в блоке 1.3 и в блоке 2.3 передаются в запоминающее устройство (ЗУ) 2.4. В ЗУ 2.4 производится запоминание опорных точек траекторий, находящихся на сопровождении подмножеств отметок от ГБО. Затем данные с ЗУ 2.4 передаются на блок 2.5. В блоке 2.5 производится вычисление траекторных параметров в соответствии с формулами (7-12). Результаты вычислений блока 2.5 передаются на устройство 3 отображения АРМ 4. Оператор АРМ 4, наблюдая за результатами отображения информации РЛИ, принимает решение на передачу адекватной РЛИ потребителю через соответствующие средства связи.
Цифровое устройство для расчета траекторных параметров групповых баллистических объектов выполнено в виде стендовой модели и программно-алгоритмического обеспечения ее функционирования. При испытании стендовой модели оценивалось отклонение центра рассеяния рассчитанных точек падения элементов ГБО в различных условиях зашумленности и вероятность образования ложных трасс.
Результаты моделирования показали возможность уменьшения среднеквадратического отклонения центра рассеяния рассчитанных точек падения элементов ГБО не менее чем на 10-15% и снижения вероятности образования ложных трасс не менее чем в 2-4 раза.
Источники информации
1. Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Радио и связь, 1986. - 352 с.
2. Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: «Сов. радио», 1974. 432 с.
3. А. Фарина, Ф. Студер. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей. - М., Радио и связь, 1993, с. 25-30.
4. Способ определения количества целей в группе. 2260196, 10.02.2004.
5. Способ определения количества разрешаемых воздушных целей в группе. RU 2080617 С1, 27.05.1997.
6. Способ определения параметров групповой цели для ее обстрела. RU 2399853, 20.09.2010.
7. Способ радиолокационного обнаружения маневра баллистической цели на пассивном участке траектории. RU 2524208, 27.07.2014.
8. Способ обнаружения групповой цели. RU 2597887, 20.09.2016.
9. Способ обнаружения групповой цели. RU 2106653 от 10.03.1998.
10. Способ обнаружения групповой цели. RU 2298806, 10.10.2005.
11. Способ разрешения групповой цели. RU 2407034, 20.12.2010.
12. Способ определения числа разрешаемых воздушных целей в группе. RU 2158005 С1, 20.10.2000.
13. Устройство для определения параметров движения авиакосмической цели в реальном масштабе времени. RU 2366975, 10.09.2009.
14. Способ и система для анализа баллистических траекторий. US 9342907, 17.05.2016.
15. Strategic ballistic missile early-warning radar as well as defense system and control method using it. JP08320374, 1996-12-03.