СПОСОБ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ДВИЖУЩИМИСЯ ОБЪЕКТАМИ МНОГОПОЗИЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ ПРИЕМНИКОВ
METHOD FOR MONITORING MOVING OBJECTS WITH MULTI-POSITION RECEIVER SYSTEM

Изобретение относится к многопозиционным сканирующим системам наблюдения за объектами в полуактивном и пассивном режимах. Система состоит из нескольких приемников (радиотехнических, радиометрических, оптических), принимающих сигналы отражения или излучения от объектов. Антенны радиотехнических, радиометрических приемников или объективы оптических приемников в течение одного периода обзора сканируют по определенному правилу угломерную область, где присутствуют несколько объектов наблюдения. Сканирование осуществляется непрерывно механическим способом. Принципиально возможно электронное сканирование с помощью антенной решетки. Сигналы, принятые по результатам сканирования, обрабатываются многопозиционной системой приемников с целью определения пространственных координат объектов и векторов скоростей их движения. В последовательности нескольких периодов сканирования определяются траекторные параметры объектов.
Известны способы определения пространственных положений и векторов скоростей нескольких движущихся объектов, а также их траекторий движения в последовательности периодов сканирования [1, 2], а также в одном периоде сканирования [3, 4]. В данных способах сканирование зоны обзора осуществляется непрерывным изменением линии визирования антенны (или объектива) по азимуту и углу места в режиме построчного (растрового) обзора или в режиме конического обзора. Обработка данных ведется в пассивном или полуактивном (с подсветкой) режимах в стереопарах приемников.
При непрерывном механическом сканировании, а также при электронном сканировании с длительным временем переключения диаграммы направленности антенны и наличии быстро движущихся объектов возможны ошибки первого рода (пропуска полезного сигнала), когда объекты в силу движения могут не попадать в меняющееся поле зрения одновременно двух приемников стереопары. Также возможны ошибки второго рода (ложной тревоги), когда движущийся объект попадает в поле зрения приемников несколько раз за период сканирования. Для частичного устранения этих ошибок осуществляется повторное сканирование в последовательности нескольких периодов и проводится траекторная обработка данных.
В [1] и [2] определяются орты векторов направлений на объекты в стереопарах приемников и на их основе находятся оценки векторов положения и скорости объектов в последовательности периодов. При этом присутствуют ошибки первого и второго рода из-за большого времени сканирования.
Способ [3] отличается от [1] и [2] тем, что в отдельном периоде сканирования вектор положения объекта находится строго из уравнения сопряжений векторов с учетом скорости. Тем самым снимаются динамические ошибки при нахождении пространственных координат объектов, присущие [1] и [2]. Однако по-прежнему действуют ошибки первого и второго рода и требуется большое время на сканирование. Способ [4] отличается от [3] тем, что орты векторов направлений на объекты определяются радиотехническим методом.
Рассмотрим в качестве прототипа объединенный способ [1-4], который заключается в следующем.
1. Размещают несколько взаимно удаленных и взаимно ориентированных в пространстве приемников. Антенны приемников сканируют общую зону обзора, в которой находятся несколько объектов наблюдения.
2. В каждом периоде сканирования в стереопарах приемников принимают сигналы от объектов, определяют по этим сигналам орты векторов направлений на объекты, распределяют орты по принадлежности объектам с помощью критерия сопряжения векторов, сравнивают показатель сопряжения с порогом обнаружения объектов и находят векторы пространственных координат и скоростей обнаруженных объектов.
3. В последовательности периодов сканирования найденные векторы группируют, вычисляют показатели правдоподобия групп и выделяют непересекающиеся группы с наилучшими показателями.
Данный прототип имеет следующие недостатки.
1. Непрерывное сканирование в каждом периоде обзора требует больших временных затрат и ограничивает свою применимость наблюдением только медленно движущихся объектов.
2. Непрерывное сканирование для быстро движущихся объектов вызывает появление ошибок первого и второго рода.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанных недостатков, а именно, позволяет увеличить скорость обнаружения объектов без ошибок первого и второго рода за счет вывода линий визирования антенн приемников в упрежденные точки пространства появления объектов.
Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа наблюдения за движущимися объектами многопозиционной системой приемников, который заключается в размещении нескольких n приемников (n≥3), взаимной ориентации приемников в единой системе координат, приема в них сигналов от объектов, вычислении показателей сопряжения векторов направлений на объекты и сравнении их с порогом обнаружения, определении оценок векторов пространственных координат и скоростей обнаруженных объектов, отличающийся тем, что объекты в каждом периоде обзора ранжируют по степени важности в зависимости от дальности и направления вектора скорости и в порядке ранжирования находят экстраполированное положение каждого объекта, после чего осуществляют переключение линий визирования антенн n приемников в направлении экстраполированного положения, вычисляют показатели сопряжения векторов направлений на объекты, находящиеся в зоне видимости всех приемников, сравнивают показатели с порогом обнаружения, определяют оценки векторов пространственных координат и скоростей обнаруженных объектов, ставят найденные оценки в соответствие с ранее полученными оценками и формируют группы оценок, вычисляют для каждой группы показатель правдоподобия, сравнивают его с порогом правдоподобия и сбрасывают ложные группы, далее повторяют указанные операции в последовательности нескольких периодов обзора, после чего на последнем периоде из всех полученных групп оценок выбирают непересекающиеся группы в порядке значения показателя правдоподобия, принимают число выделенных групп за число окончательно обнаруженных объектов и оценки этих групп - за оценки траекторных параметров объектов.
Алгоритмически способ осуществляют следующим образом.
i
i
i
i
i
1
i
1
1. Размещают n приемников (n≥3), взаимно ориентированных в единой системе координат, и принимают в них сигналы отражения или излучения от движущихся объектов. В начальном (нулевом) периоде обзора при появлении удаленных движущихся объектов осуществляют непрерывное сканирование в системе n приемников (n≥3), вычисляют показатели сопряжения векторов направлений на объекты, сравнивают их с порогом обнаружения объектов и по результатам сканирования находят оценки: m(0) - число обнаруженных объектов, M(0) - вектор пространственных координат i-го объекта, V(0) - вектор скорости i-го объекта. Запоминают момент времени t(0) образования i-х оценок, показатель сопряжения J(0), , который нормируют как I(0)=kJ(0), k - нормирующий коэффициент. Ранжируют объекты по степени важности в зависимости от дальности их положения и направления вектора движения
2. В первом периоде обзора для каждого i-го ранее обнаруженного объекта  в порядке ранжирования находят его экстраполированное положение в виде вектора экстраполированных координат
i
i
i
i
на момент времени t(1)=t(0)+τ(1), где τ(1) - длительность промежутка времени, необходимого для вывода линий визирования всех приемников в упрежденную точку .
i
j
j
i
j
j
j
i
j
3. Осуществляют переключение линий визирования антенн n приемников в направлении вектора  экстраполированного положения. Для всех j-х объектов, наблюдаемых на момент в зоне видимости всех приемников (, m - число таких объектов), вычисляют показатели сопряжения векторов направлений на объекты, сравнивают показатели с порогом обнаружения и определяют оценки обнаруженных объектов: вектор пространственного положения M(1) и вектор скорости V(1) на момент времени t(l). Запоминают показатель ошибок сопряжения J(1). Оценки M(1), V(1), а также t(1) и J(1), полученные в первом периоде обзора, ставят в соответствие оценкам, полученным на предыдущем периоде. При этом образуются группы оценок:
4. Для каждой i-й, j-й группы вычисляют показатель ее правдоподобия:
2
3
где k и k - нормирующие коэффициенты.
ij
1
ij
1
Сравнивают I(1) с порогом γ, выбираемым эмпирически, и отсеивают ложные группы. После чего остаются m(1) перспективных групп, для которых I(1) ≤ γ. Ранжируют группы по степени важности и в соответствии с рангом проводят 5-ю нумерацию:
5. На втором и последующих μ-x шагах операции повторяют. Осуществляют экстраполяцию:
j
j
j
s
s
s
s
s
s
j
j
j
sj
μ
затем - вывод линий визирования антенн n приемников в направлении , получение оценок M(μ), V(μ) на момент времени t(μ), формирование групп оценок M(0), V(0), t(0), M(1), V(1), t(1), …, M(μ), V(μ), t(μ),  прошедших через порог: I(μ) ≤ γ, где показатель правдоподобия
Группы ранжируют и они получают новую нумерацию.
1
2
7. В последнем L-м периоде обзора (μ=L) из всех полученных групп выбирают группу с наилучшим (наименьшим значением) показателем I(L) и ее оценки принимают за траекторные параметры первого сопровождаемого объекта. Затем исключают группы, имеющие общие оценки с первой группой. Из оставшихся групп выбирают группу с наилучшим (наименьшим значением) показателем I(L) и ее оценки принимают за траекторные параметры второго сопровождаемого объекта. Последняя непересекающаяся с предыдущими группа дает оценки m-го объекта сопровождения. На основе выделенных групп определяют траектории движения объектов, необходимые для их дальнейшего сопровождения.
Замечания. В начальном (нулевом) периоде обзора на большой дальности расположения объектов ошибки первого и второго рода проявляются слабо и усиливаются по мере уменьшения дальности в последовательности периодов.
При движении объектов плотным строем, что определяется близостью пространственных координат и векторов скоростей движения объектов, экстраполяция осуществляется в направлении центра строя объектов, после чего линии визирования антенн выводятся в направлении центра. Далее осуществляется обработка данных в соответствии с выше изложенным правилом. При этом общее время сканирования уменьшается в т раз по числу объектов в сравнении с поочередным выводом линий визирования на объекты.
2
2
Оценка эффективности предложенного способа. Способ позволяет повысить: вероятность обнаружения всех объектов за счет снятия ошибок первого и второго рода; скорость обнаружения всех объектов в последовательности периодов обзора за счет вывода линий визирования антенн в упрежденные точки появления объектов. Для оценки эффективности по времени обнаружения всех объектов примем, что при синхронном построчном угловом скатизации по углу занимает Δt с. При числе N угловых элементов по азимуту и N элементов по углу места время сканирования зоны обзора в начальный период для предложенного способа и прототипа составляет N ⋅ Δt. В последующих L периодах время сканирования для прототипа составляет NL ⋅ Δt, а для предложенного способа при выводе линий визирования всех приемников в упрежденные точки т объектов время максимально занимает m(N/2)L ⋅ Δt. Следовательно, выигрыш во времени наблюдения и обнаружения всех объектов в предложенном способе по сравнению с прототипом в последовательности L периодов обзора с учетом начального периода составляет число раз
Так, при N=100, m=10 и L=10 получаем 7 раз, при L=20-10 раз.
При слежении за плотной группой т объектов время наблюдения уменьшается в т раз и составляет N(N+L/2)Δt, что в рассмотренном примере дает эффект в 10 и 19 раз.
Предложенный способ может быть использован в существующих многопозиционных системах пеленгации объектов.
Литература
1. Патент RU 2681519.
2. Патент RU 2694023.
3. Патент RU 2694023.
4. Патент RU 2729459