СИСТЕМА ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ "АГРЕГАТОР"

Полезная модель относится к технике цифровой связи, конкретно к цифровой обработке и передаче радиолокационной информации.
Известна система цифровой обработки радиолокационной информации (RU 2002104095, кл. G 01 S 13/90, 2003), содержащая последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, блок сжатия радиолокационной информации, блок шифраторов и модем. При этом для уменьшения информационной перегрузки цифровых каналов связи блок сжатия радиолокационной информации содержит измеритель усредненной амплитуды эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) от местных предметов, вычислитель контура ЭПР и формирователь импульсно-кодового сигнала, содержащего не весь объем элементов ЭПР, а только амплитуду и контур ЭПР, достаточных для восстановления у конечного потребителя полного объема радиолокационной информации.
Недостатком этой системы является ограниченная возможность применения, а именно только для сжатия радиолокационной информации о площадных объектах локации, и невозможность ее применения для защиты от перегрузок цифровых линий связи и автоматизированных систем управления в условиях массового налета «точечных» воздушных объектов.
Задачей полезной модели является устранение недостатков известной системы и достижение технического результата, заключающегося в снижении информационной нагрузки на цифровые линии связи и автоматизированные системы управления воздушным движением.
Решение поставленной задачи и достижение заявленного технического результата обеспечивается тем, что в системе обработки радиолокационной
информации содержащей последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, блок сжатия радиолокационной информации, блок шифраторов и модем, согласно полезной модели он дополнительно содержит блок обнаружения информационной перегрузки системы с ретранслятором, установленный между аналого-цифровым преобразователем и блоком сжатия радиолокационной информации, при этом блок сжатия радиолокационной информации содержит последовательно соединенные блок объединения воздушных объектов в группы, блок разделения групп воздушных объектов по ведомственной принадлежности, блок ранжирования групп воздушных объектов по количеству объектов в группе и формирователь сжатых координат, соединенный по сжатым сигналам с первым и вторым входами блока шифраторов, один вход которого через ретранслятор блока обнаружения информационной перегрузки системы соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя.
При этом блок обнаружения информационной перегрузки системы содержит блок оценки возможности раздельного радиолокационного наблюдения соседних воздушных объектов, блок оценки информационной перегрузки потребителя по количеству обслуживаемых воздушных объектов и блок оценки перегрузки каналов передачи данных, соединенных по входу с выходом аналого-цифрового преобразователя, а также содержит схему «И», первую и вторую схемы «ИЛИ» и ретранслятор, причем блок оценки возможности раздельного радиолокационного наблюдения соседних воздушных объектов соединен по первому выходу с первым входом первой схемы «ИЛИ», второй вход которой соединен с первым выходом блока оценки перегрузки каналов передачи данных, второй выход блока оценки возможности раздельного радиолокационного наблюдения соседних воздушных объектов соединен с первым разрешающим входом ретранслятора, второй и третий разрешающие входы которого соединены соответственно со
вторым выходом блока оценки информационной перегрузки потребителя по количеству обслуживаемых воздушных объектов и со вторым выходом блока оценки перегрузки каналов передачи данных, четвертый сигнальный вход ретранслятора соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход - с первым выходом блока обнаружения информационной перегрузки системы, второй выход которого соединен с выходом первой схемы «ИЛИ» и первым входом второй схемы «ИЛИ», второй вход которой соединен с выходом схемы «И» и третьим выходом блока обнаружения информационной перегрузки системы, четвертый выход которого соединен с выходом второй схемы «ИЛИ». Формирователь сжатых координат содержит сумматор, три схемы «И», блок расчета абсолютных координат центров групп воздушных объектов и блок расчета относительных координат воздушных объектов в группе, причем первый вход формирователя соединен с первыми входами первой и второй схем «И», вторые входы которых соединены соответственно со вторым и третьим входами формирователя, выход первой схемы «И» соединен с первым входом блока расчета абсолютных координат воздушных объектов, второй вход которого соединен с выходом второй схемы «И» и входом блока расчета относительных координат воздушных объектов в группе, выход которого через сумматор соединен со вторым выходом формирователя сжатых координат, выходом блока расчета абсолютных координат и первым входом третьей схемы «И», второй вход которой соединен со вторым входом первой схемы «И», а выход - с первым выходом формирователя.
Введение блока обнаружения информационной перегрузки системы, установленного между аналого-цифровым преобразователем и блоком сжатия радиолокационной информации, позволяет своевременно определить наличие информационной перегрузки системы и своевременно включить сжатие радиолокационной информации.
Выполнение блока сжатия радиолокационной информации в виде
последовательно соединенных блока объединения воздушных объектов в группы, блока разделения групп воздушных объектов по ведомственной принадлежности, блока ранжирования групп воздушных объектов по количеству объектов в группе и формирователя сжатых координат позволяет обеспечить сжатие радиолокационной информации в условиях массового налета воздушных объектов.
В целом указанные технические преимущества позволяют решить поставленную задачу и достичь заявленного технического результата, заключающегося в снижении информационной нагрузки на цифровые линии связи и автоматизированные системы управления воздушным движением.
пр
сж
На фиг.1 представлена функциональная схема заявленной полезной модели, на фиг.2 - матрица объединения воздушных объектов в группы, на фиг.3 - матрица, поясняющая принцип ранжирования групп и сжатия информации о воздушных объектах в группе, представленных на примере фиг.4, на фиг.5 - показатели эффективности предложенной полезной модели: информационные потери a, вероятность (или частостью) правильного сжатия Р и коэффициент сжатия информации К при представлении радиолокационных данных группами воздушных объектов.
Система цифровой обработки радиолокационной информации содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 1, блок 2 обнаружения информационной перегрузки системы, блок 3 сжатия радиолокационной информации, блок 4 шифраторов и модем 5. Аналого-цифровой преобразователь 1 соединен по входу с аналоговым выходом РЛС, а по выходу - через широкополосный кабель с входами блока 6 оценки возможности раздельного радиолокационного наблюдения соседних воздушных объектов, блока 7 оценки информационной перегрузки потребителя по количеству обслуживаемых воздушных объектов и блока 8 оценки перегрузки каналов передачи данных. Блоки 6÷8 выполнены по
однотипной схеме в виде цифровых пороговых устройств (Справочник по импульсной технике. Под ред. В.Н.Яковлева. Киев, «Техника», 1970. с.217-226), включающих схему сравнения, один вход которой соединен с входом блока 2, а второй - с датчиком порога, а выход - с входом триггера, один первый выход «да» которого соответствует выполнению, а другой второй выход «нет» - невыполнению порогового условия. При этом блок 6 выполнен с пороговой функцией
где:
(i;i+1),t
(i;i+1),t
- ΔD, ΔH - расстояние между i и (i+1) сигналами воздушных объектов в t-ом цикле обработки;
сопр.XY
сопр.H
- δ, δ - численное значение порогов (стробов сопровождения) по плоскостным координатам и высоте соответственно.
Блок 7 - с пороговой функцией
где:
- J - общее количество сигналов о воздушных объектах, находящихся на обработке;
max
- M - максимальная производительность приемного канала потребителя радиолокационной информации.
Блок 8 - с пороговой функцией
max
где - N, N - количество формируемых для передачи стандартных кодограмм в данном цикле обмена и производительность канала по количеству передаваемых кодограмм, соответственно.
Блок 6 соединен по первому выходу (да) с первым входом схемы 9 «ИЛИ», второй вход которой соединен с первым выходом (да) блока 8, а по выходу - с первым входом второй схемы 10 «ИЛИ» и вторым выходом 11 блока 2. Второй вход схемы 10 «ИЛИ» соединен с выходом схемы 12 «И» и третьим выходом 13 блока 2. Выход второй схемы 10 «ИЛИ» соединен с четвертым выходом 14 блока 2. Первый вход схемы 12 «И» блока 2 соединен с первым выходом (да) блока 7, а второй вход - со вторым выходом (нет) блока 6 и первым разрешающим входом ретранслятора 15, второй, третий разрешающие входы которого соединены со вторыми выходами (нет) блоков 7, 8 соответственно. Четвертый вход ретранслятора 15 является сигнальным и соединен по входу с выходом аналого-цифрового преобразователя 1. Ретранслятор 15 выполнен в виде блока схем «И», обеспечивающих трансляцию сигнальной радиолокационной информации с его сигнального 4 входа на выход 16 блока 2 при условии отсутствия сигналов запрета на его первом, втором и третьем входах одновременно. Первый выход 16 блока 2 соединен с третьим входом 17 шифратора 4. Второй выход 11 блока 2 соединен с первым входом 18 блока 3, третий выход 13 блока 2 соединен с третьим входом 19 блока 3, а четвертый выход 14 блока 2 соединен со вторым входом 20 блока 3 сжатия радиолокационной информации. Блок 3 содержит последовательно соединенные блок 21 объединения воздушных объектов в группы, блок 22 разделения групп воздушных объектов по ведомственной принадлежности, блок 23 ранжирования групп воздушных объектов по количеству объектов в группе и формирователь 24 сжатых координат. Второй вход 20 блока 3 соединен с входом блока 21. Блок 21 выполнен в виде вычислителя матрицы (фиг.2) распределения воздушных объектов по группам из формулы:
причем
вн
внеш
где r, r - расстояния между воздушными объектами и максимальное расстояние между наиболее удаленными воздушными объектами.
Блок 22 разделения групп воздушных объектов по ведомственной принадлежности выполнен в виде цифрового селектора признаковой информации (5) из условия
где β=0,6 - пороговое значение уровня признаковой информации (госпринадлежность и т.п.).
Блок 23 ранжирования групп воздушных объектов 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. Выход блока 23 соединен с входом формирователя 24 сжатых координат. Формирователь 24 содержит первую 25, вторую 26 и третью 27 схемы «И», блок 28 расчета абсолютных координат групп воздушных объектов, блок 29 расчета относительных координат воздушных объектов в группе и сумматор 30. При этом вход 31 формирователя 24 соединен с первыми входами первой 25 схемы «И» и второй 26 схемы «И». Второй вход первой схемы 25 «И» соединен через вход 32 формирователя с третьим входом 19 блока 3 сжатия, первый вход 18 которого соединен со вторыми входами второй 26 и третьей 27 схемами «И» формирователя 24. Первый вход схемы 27 «И» соединен с выходом блока 28 и первым входом сумматора 30, второй вход которого соединен с выходом блока 29. Выход сумматора 30 соединен со вторым входом 32 шифратора 4, первый
сж
вход 33 которого соединен с выходом третьей 27 схемы «И» формирователя 24. Блок 28 формирователя 24 выполнен в виде цифрового фильтра, обеспечивающего привязку абсолютных координат группы воздушных объектов к «эталону» (воздушному объекту высшего ранга матрицы, представленному на фиг 3, 4). Блок 29 выполнен в виде вычислителя относительных координат составляющих объектов группы в относительной прямоугольной системе координат с коэффициентом сжатия К≥10 и с центром координат, совпадающим с координатами «эталона» при представлении радиолокационных данных группами воздушных объектов. Блок 4 шифраторов содержит шифраторы 34, 35 и 36, соединенных соответственно с первым 33, вторым 32 и третьим 17 входами блока 4. Каждый из шифраторов блока 4 выполнен в виде генератора импульсно-кодовых сигналов, разрядность и информационный состав которых зависит от наличия и вида информационной перегрузки системы. Шифратор 34 выполнен в виде формирователя импульсно-кодовых сигналов «Эталон», соответствующих выполнению в блоке 2 условий (1) и (3) перегрузки и содержащих информацию о кинематических и пространственных параметрах группы воздушных объектов и ее количественном составе. Шифратор 35 выполнен в виде формирователя импульсно-кодовых сигналов «Сжатие», соответствующих выполнению в блоке 2 условия (2) перегрузки и содержащего дополнительно к сигналам «Эталон» сжатые координаты воздушных объектов, входящих в состав группы. Шифратор 36 выполнен в виде повторителя импульсно-кодовых сигналов воздушных объектов, поступающих с РЛС, при отсутствии информационной перегрузки системы (разреженный поток воздушных объектов через зону обзора РЛС). Выходы шифраторов 34÷36 соединены с входами модема 5 радио или проводной линии связи с потребителем радиолокационной информации.
1
2
3
1
3
1
3
Система цифровой обработки радиолокационной информации работает следующим образом. Радиолокационная аналоговая информация о пространственных координатах, скоростях и траекториях движения воздушных объектов поступает на аналого-цифровой преобразователь 1, где преобразуется в цифровую форму и в виде последовательностей импульсно-кодовых сигналов одновременно подается на блоки 6, 7, 8 соответственно для оценки возможности раздельного радиолокационного наблюдения соседних воздушных объектов по условию (1), оценки информационной перегрузки потребителя по количеству обслуживаемых воздушных объектов из условия (2), и для оценки перегрузки каналов передачи данных по условию (3) в блоке 2 обнаружения информационной перегрузки системы. Одновременно импульсно-кодовый радиолокационный сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя 1 подается на сигнальный вход ретранслятора 15. При отсутствии ограничений в системе и у потребителя радиолокационной информации K=K=К=0 (сигнал «нет» на всех выходах блоков 6, 7, 8 в случаях разреженного по пространству и времени потока воздушных объектов в зоне ответственности РЛС) на первые, вторые и третьи входы ретранслятора 15 подаются разрешающие сигналы. При этом сигнальная информация о воздушной обстановке поступающей с аналого-цифрового преобразователя 1 на ретранслятор 15 проходит через него в неизменном (несжатом) виде и передается через шифратор 36 блока 2 и модем 5 на выход системы. При наличии ограничений по разрешающей способности радиолокатора K=1 [выполняется условие (1)] или по пропускной способности модемной линии связи К=1 [условие (3)] или при K=К=1 [условие (1) + условие (3)] на выходе блока 6, блока 8 или на выходах этих блоков одновременно формируются сигналы «да», свидетельствующие о возможности представления параметров воздушных объектов только в виде «эталонов». При этом соответствующие сигналы с этих блоков через схемы 9 и 10 «ИЛИ» подаются
на блок 3 для сжатия сигнальной радиолокационной информации до уровня групп с указанием количества воздушных объектов в группе. При этом в блоке 21 из условий (4-5) попадания воздушных объектов в общие стробы селекции по углам и дальности производится объединение воздушных объектов в группы. Результат объединения записывается в виде булевой матрицы (фиг.2) на соответствующих регистрах блока 21. Записанная булева матрица с потенциальных выходов триггеров блока 21 параллельным кодом выдается на блок 22, где производится разделение групп воздушных объектов по ведомственной принадлежности из условия (6). Далее в блоке 23 производится ранжирование групп по количеству воздушных объектов в группе с одновременным сжатием радиолокационной информации путем поглощения верхней по рангу строкой булевой матрицы (фиг.3) нижних ее строк с единичной функцией принадлежности μ(x). Поглощение строк осуществляется по следующему алгоритму: если в верхней по рангу строке (фиг.3) стоит «1», то все нижестоящие строки поглощаются, то есть объект верхней по рангу строки является «эталоном» и присоединяет в представляемую им группу объекты, строки которых поглощены. Если в верхней по рангу строке стоит «0», то все нижние строки исключаются из поглощенных, то есть эти объекты исключаются из группы. Очередным «эталоном» другой группы считается объект, имеющий в строке первую «1» после нулей по столбцу. Далее процедура предварительного сжатия повторяется по той строке, где обнаружена эта «1». Пример реализации указанного алгоритма предварительного сжатия представлен на фиг.3 для пространственного расположения групп воздушных объектов, представленных на фиг.4. Одновременно в процессе сжатия в блоке 3 радиолокационной информации со схемы 9 «ИЛИ» на входы схем 26, 27 «И» подаются разрешающие сигналы. При этом через открытые схемы 26 и 27 «И», через шифратор 35 блока 4 и через модем 5 на выход системы передается с блока 28 радиолокационная информация, сжатая до уровня групп без указания
2
2
относительных координат объектов в группе. В случае наличия ограничений только у потребителя радиолокационной информации (К=1) с блока 7 последняя через схему 12 «И» и схему 10 «ИЛИ» подается на блок 3 сжатия радиолокационной информации. Предварительное сжатие указанной сигнальной информации в блоках 21÷23 осуществляется аналогично указанному выше алгоритму. В связи с возможностью раздельного разрешения воздушных объектов в группах (К=1) в блоке 29 производится дополнительное сжатие радиолокационной информации, касающееся координат воздушных объектов в группе, путем пересчета последних в относительную прямоугольную систему координат с центром координат, совпадающим с координатами «эталона». Это позволяет сократить количество потребных разрядов при отображении радиолокационной информации. Координаты объектов в относительной системе координат по каждой из осей и другие кинематические параметры сжимаются в несколько раз (делятся на соответствующий заданный коэффициент, например в 10 раз). По каждому воздушному объекту такой группы формируется импульсно-кодовый сигнал, включающий признак сжатия, коэффициент сжатия, объект с признаком «эталона», его кинематические параметры, обобщенные признаки группы, номера, входящих в группу составляющих и объекты с признаком составляющих, номером «эталона», их представляющего и сжатыми кинематическими параметрами. Сформированные импульсно-кодовые сигналы относительных координат объектов с блока 29 и абсолютные значения координат групп воздушных объектов с блока 28 через сумматор 30 и шифратор 35 блока 4 передаются на модем 5 для передачи потребителю радиолокационной информации, например в систему управления воздушным движением. Далее процесс обнаружения перегрузки системы и, в случае необходимости, процесс сжатия радиолокационной информации повторяется.
несж
сж
пр
сж
Система цифровой обработки радиолокационной информации выполнена на уровне технического предложения и математического моделирования. При этом оценивались информационные потери a при передаче неагрегированной a и агрегированной a информации и агрегированность (сжатость) информации. Агрегированность информации оценивалась двумя показателями - вероятностью (или частостью) правильного агрегирования Р и коэффициентом сжатия информации К в зависимости от отношения среднеквадратического отклонения к среднему расстоянию между группами объектов  где .
Результаты оценки представлены на фиг.5. Из фиг.5 видно, что предложенная полезная модель позволяет:
- снизить информационные потери радиолокационной информации не менее чем на 10-12%;
- обеспечить сжатие информации в 2-4 раза;
- обеспечить устойчивость вероятности правильного агрегирования (формирования групп) в широком диапазоне изменения точности информации до 80% от среднего расстояния между группами.