Способ сопровождения траекторий радиолокационных целей и устройство для его осуществления
METHOD OF TRACKING RADAR OBJECT TRAJECTORIES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Заявляемые технические решения относятся к области радиолокации и могут быть использованы в обзорных радиолокационных станциях (РЛС) при сопровождении траекторий маневрирующих радиолокационных целей.
n
n
n
n
n
Известный способ сопровождения траекторий радиолокационных целей (Фарина А., Студер Ф. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей, М.: «Радио и связь», 1993, стр. 25-30) включает обращение к цели в стробе сопровождения, оценку координат цели u, где u принимает значения дальности R, угла места ε и азимута β, n - номер обращения к цели, фильтрацию (сглаживание и экстраполяцию) параметров траектории цели (координат и скорости цели).
Известное устройство для сопровождения траекторий радиолокационных целей (Фарина А., Студер Ф. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей, М.: «Радио и связь», 1993, стр. 26) включает блок стробирования сигналов и последовательно соединенный с ним блок фильтрации параметров траектории цели, при этом первый вход блока стробирования сигналов является входом для сигналов, обнаруженных в зоне обзора РЛС, первый выход блока фильтрации параметров траектории цели соединен со вторым входом блока стробирования, второй выход блока фильтрации параметров траектории цели является выходом устройства, с которого информация о параметрах сопровождаемых траекторий целей выдается потребителю радиолокационной информации (РЛИ).
Техническая проблема известных способа и устройства заключается в значительных ошибках экстраполяции координат маневрирующих целей при их сопровождении с помощью обзорных РЛС, для которых характерен достаточно большой период обращения к цели (около 10 с). Следствием таких ошибок являются увеличение размеров стробов сопровождения, что приводит к увеличению количества выдаваемых потребителю РЛИ ложных траекторий, то есть к снижению достоверности РЛИ.
n
nэ
n
Наиболее близкий к заявляемому способ сопровождения траекторий радиолокационных целей (Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации, М.: «Советское радио», 1974, стр. 284-287) включает обращение к цели в стробе сопровождения, оценку координат цели u, фильтрацию параметров траектории цели, вычисление в процессе фильтрации отклонений Δu оценок координат цели u от их экстраполированных значений  (сигналов ошибок).
Наиболее близкое устройство для сопровождения траекторий радиолокационных целей (Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации, М.: «Советское радио», 1974, стр. 286) содержит (фиг. 1) последовательно соединенные блок стробирования сигналов 1, блок сравнения сигналов с порогом обнаружения в стробе 2, блок пакетирования сигналов, оценки координат цели и селекции цели в стробе 3, блок проверки критерия сброса траектории с сопровождения 4, блок фильтрации параметров траектории цели 5 и блок вычисления размеров строба 6, при этом выход блока вычисления размеров строба 6 соединен со вторым входом блока стробирования сигналов 1, первый выход блока фильтрации параметров траектории цели 5 соединен со вторым входом блока фильтрации параметров траектории цели 5 и с третьим входом блока стробирования сигналов 1, второй выход блока проверки критерия сброса траектории с сопровождения 4 является выходом сигнала о сбросе траектории с сопровождения, второй выход блока фильтрации параметров траектории цели 5 является выходом устройства.
Наиболее близкое устройство работает следующим образом.
(n)C
Сигналы, обнаруженные при регулярном осмотре зоны обзора РЛС, поступают на вход блока стробирования сигналов 1, где выделяются те из них, которые попали в пределы строба. При этом размеры строба Δu и координаты центра строба  для текущего n-ого обращения к цели определяются при предыдущем (n-1)-м обращении к ней. Размеры строба определяются в блоке выбора размеров строба 6 исходя из точностных характеристик измеренных и экстраполированных координат (Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации, М: «Советское радио», 1974, стр. 286, последний абзац), а координаты центра строба устанавливается совпадающими с координатами экстраполированного положения цели , поступающими с первого выхода блока фильтрации параметров траектории цели 5.
Сигналы с выхода блока стробирования подаются в блок сравнения сигналов с порогом обнаружения в стробе 2, где они сравниваются с порогом обнаружения, установленным для стробов сопровождения. Сигналы, превысившие порог, поступают в блок пакетирования сигналов, оценки координат цели и селекции цели в стробе 3. В этом блоке ближайшие друг к другу по угловым координатам и по дальности сигналы объединяются в пространственные пакеты, по которым определяются координаты целей. Координаты пакета с ближайшими к центру строба координатами принимаются за координаты сопровождаемой цели. Если целей в стробе не оказалось, то фиксируется пропуск цели, в качестве координат цели выдаются их экстраполированные значения, и формируется соответствующий признак пропуска цели.
n
Координаты сопровождаемой цели u и признак пропуска цели поступают в блок проверки критерия сброса траектории с сопровождения 4, где анализируется количество пропусков подряд. Если количество пропусков подряд превышает задаваемое критерием сброса, то фиксируется сброс траектории с сопровождения и признак сброса траектории с сопровождения выдается со второго выхода блока потребителю РЛИ. Если критерий сброса не выполняется, то координаты цели поступают на первый вход блока фильтрации параметров траектории цели 5, где осуществляются известные операции сглаживания параметров траектории и экстраполяции положения цели на следующее обращение к ней.
Экстраполированные на следующее обращение координаты цели  с первого выхода блока фильтрации параметров траектории цели 5 поступают на вход блока вычисления размеров строба 6. В этом блоке размеры строба  выбираются из заранее рассчитанных размеров в зависимости от экстраполированных координат цели и с учетом максимально возможного для заданного типа целей маневра. Выбранные размеры строба подаются на второй вход блока стробирования сигналов 1. На третий вход этого блока в качестве координат центра строба с первого выхода блока фильтрации параметров траектории цели 5 подаются экстраполированные на следующее обращение координаты цели . Величины  подаются и на второй вход блока фильтрации параметров траектории цели 5.
Со второго выхода блока фильтрации параметров траектории цели 5 потребителю РЛИ выдаются сглаженные параметры траектории сопровождаемой цели (координаты цели и скорость).
Описанные операции сопровождения траектории цели повторяются при каждом обращении к цели.
Технические проблемы наиболее близких технических решений состоят в следующем.
Известно (Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации, М.: «Советское радио», 1974, стр. 383-391), что в обзорных РЛС при использовании, например, αβ-фильтра достаточно высокая точность оценки параметров траектории обеспечивается при не маневрирующих и слабо маневрирующих целях (ускорение не более 1,5g). Однако при интенсивном маневрировании сопровождаемой цели ошибки экстраполяции координат цели оказываются столь значительными, что размеры стробов сопровождения становятся неприемлемо большими.
Завышение размеров стробов сопровождения приводит к увеличению количества выдаваемых потребителю РЛИ ложных траекторий, то есть к снижению достоверности РЛИ.
Техническим результатом заявляемых технических решений, таким образом, является повышение точности экстраполяции координат маневрирующих целей.
n
n
n
n
n
nэ
n
Технический результат достигается тем, что в способе сопровождения траекторий радиолокационных целей, включающем обращение к цели в стробе сопровождения, оценку координат цели u, где u принимает значения координат дальности R, угла места ε и азимута β цели, n - номер обращения к цели, фильтрацию параметров траектории цели, вычисление в процессе фильтрации отклонений Δu оценок координат цели u от их экстраполированных на n-ое обращение значений :
nэ
вычисление экстраполированных на (n+1)-е обращение значений координат цели , отличающийся тем, что упомянутые отклонения Δu, вычисляемые при текущем n-м обращении к цели, используют для уточнения координат центра строба  на следующее (n+1)-е обращение к цели следующим образом:
nэ
nэП
- величину отклонения по каждой координате Δu сравнивают с заданной пороговой величиной Δu, задаваемой исходя из величины ошибки оценки координаты цели
u
где σ - среднеквадратическая ошибка измерения координаты цели,
k - заданный коэффициент;
nэ
nэП
nэ
- если выполняется условие Δu>Δu, то координату центра строба  на следующее (n+1)-е обращение к цели определяют путем суммирования экстраполированного на (n+1)-е обращение значения координаты цели  и величины отклонения Δu:
nэ
Заявляемый технический результат достигается также тем, что размеры строба сопровождения при каждом обращении к цели определяют в зависимости от величины отклонения Δu из выражения:
minC
где 2×Δu - размеры строба сопровождения для неманеврирующей цели;
u
K - коэффициенты, задаваемые из условия накрытия стробом цели, движущейся с максимальным для этой цели маневром;
- абсолютные значения упомянутых отклонений.
Технический результат достигается также тем, что в устройстве сопровождения траекторий радиолокационных целей, содержащем последовательно соединенные блок стробирования сигналов, блок сравнения сигналов с порогом обнаружения в стробе, блок пакетирования сигналов, оценки координат цели и селекции цели в стробе, блок проверки критерия сброса траектории с сопровождения, блок фильтрации параметров траектории цели и блок вычисления размеров строба, второй вход которого соединен со вторым выходом блока пакетирования сигналов, оценки координат цели и селекции цели в стробе, а выход соединен со вторым входом блока стробирования сигналов, при этом второй выход блока проверки критерия сброса траектории с сопровождения является выходом сигнала о сбросе траектории с сопровождения, второй выход блока фильтрации параметров траектории цели соединен со вторым входом этого же блока, а третий его выход является выходом устройства, согласно изобретению введен блок вычисления координат центра строба, первый и второй входы которого соединены соответственно со вторым и первым выходами блока фильтрации параметров траектории цели, а выход блока соединен с третьим входом блока стробирования сигналов.
Поясним суть заявляемых технических решений.
nэ
n
В изобретении заявляемый технический результат достигается за счет того, что при вычислении координат центра строба на следующее (n+1)-е обращение к цели  в качестве поправок к экстраполированным координатам  используются соответствующие отклонения Δu оценок координат цели u от их экстраполированных на текущее n-е обращение значений , полученных в процессе фильтрации параметров траектории. Поправки вычисляются в соответствии с выражением (1).
Указанные поправки применяются в случае, если они по величине превышают ошибки измерения координат цели, то есть выполняется условие (2). Координаты центра строба  на следующее (n+1)-е обращение к цели при этом вычисляются в соответствии с выражением (3).
nэ
Важно подчеркнуть, что координаты центра строба , которые являются экстраполированными значениями координат цели, используются только для выставки центра строба, они не участвует как параметры в процессе фильтрации параметров траектории. В процессе фильтрации используются экстраполированные значения координат , полученные на выходе фильтра, то есть без учета отклонений Δu.
nэ
(n+1)C
Величины отклонений Δu по каждой координате используются и при вычислении размеров строба Δu в соответствии с выражением (4).
minC
u
Поскольку цель часто обнаруживается в нескольких ближайших угловых положениях луча и в нескольких дискретах дальности, то есть по цели формируется пространственный пакет сигналов, то размеры строба должны устанавливаться такими, чтобы он накрывал пространственный пакет целиком. В этом случае обеспечивается наибольшая точность оценки координат цели. Требуемые размеры строба в (3) при этом задаются выбором значений Δu и K.
minC
Значения Δu могут быть заданы, например, следующими:
minC
- по дальности: ΔR=2,8 км;
minC
- по углу места: Δε=1,4°;
minC
- по азимуту: Δβ=1,8°.
u
Значения K могут быть заданы, например, следующими:
R
- по дальности: K=1,5;
ε
- по углу места: K=1,2;
β
- по азимуту: K=1,5.
minC
u
Приведенные здесь значения Δu и K рассчитаны для конкретных РЛС и целей. Для других типов РЛС и целей они, скорее всего, будут отличаться от приведенных.
nэ
Увеличение точности установки строба сопровождения и изменение его размеров в зависимости от величин отклонений Δu, то есть от интенсивности маневра сопровождаемой цели, позволяет избежать излишнего увеличения размеров стробов. Этим обеспечивается уменьшение количества ложных траекторий, а следовательно, увеличение достоверности выдаваемой потребителю РЛИ.
При использовании заявляемого способа по маневрирующей цели оказываются вполне работоспособными самые простые линейные фильтры, например, αβ-фильтр (Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации, М: «Советское радио», 1974, стр. 383-391) или линейная экстраполяция координат по двум измерениям без сглаживания.
Таким образом достигается заявляемый технический результат.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
Фиг. 1 - структурная схема устройства сопровождения траектории цели, наиболее близкого к заявляемому устройству.
Фиг. 2 - структурная схема заявляемого устройства сопровождения траектории цели.
Заявляемое устройство для сопровождения траекторий радиолокационных целей, реализующее заявляемый способ, содержит (фиг. 2) последовательно соединенные блок стробирования сигналов 1, блок сравнения сигналов с порогом обнаружения в стробе 2, блок пакетирования сигналов, оценки координат цели и селекции цели в стробе 3, блок проверки критерия сброса траектории с сопровождения 4, блок фильтрации параметров траектории цели 5, блок вычисления размеров строба 6, при этом второй вход блока вычисления размеров строба 6 соединен со вторым выходом блока пакетирования сигналов, оценки координат цели и селекции цели в стробе 3, а выход соединен со вторым входом блока стробирования сигналов 1, второй выход блока проверки критерия сброса траектории с сопровождения является выходом сигнала о сбросе траектории с сопровождения, второй выход блока фильтрации параметров траектории цели соединен со вторым входом этого же блока, а третий его выход является выходом устройства, первый и второй входы блока вычисления координат центра строба 7 соединены соответственно со вторым и первым выходами блока фильтрации параметров траектории цели, выход блока соединен с третьим входом блока стробирования сигналов.
Заявляемое устройство может быть выполнено с использованием следующих функциональных элементов.
Блок стробирования сигналов 1 - вычислитель, реализующий операцию выделения из сигналов, обнаруженных в зоне обзора РЛС, сигналов, координаты источников которых находятся в пределах строба сопровождения. Выполнен на стандартных цифровых элементах (Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах, М.: «Радио и связь», 1990).
Блок сравнения сигналов с порогом обнаружения в стробе 2 - вычислитель, реализующий операцию сравнения уровней сигналов в стробе сопровождения с порогом обнаружения, заданного для строба сопровождения. Сигналы, превысившие указанный порог, считаются сигналами, отраженными от цели, они выдаются с выхода блока. Блок выполнен на стандартных цифровых элементах (Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах, М.: «Радио и связь», 1990).
Блок пакетирования сигналов, оценки координат цели и селекции цели в стробе 3 - вычислитель, реализующий операцию сравнения координат сигналов в стробе сопровождения между собой и объединения ближайших по координатам сигналов в пространственные пакеты. Координаты центров пакетов принимаются за координаты целей. Цель, ближайшая к центру строба, считается принадлежащей сопровождаемой траектории, ее координаты выдаются с выхода блока. Если цель в стробе не обнаружена, то фиксируется ее пропуск, в этом случае в качестве координат цели выдаются их экстраполированные значения и формируется соответствующий признак пропуска цели (например, 0 - цель пропущена, 1 - цель не пропущена). Блок выполнен на стандартных цифровых элементах (Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах, М.: «Радио и связь», 1990).
Блок проверки критерия сброса траектории с сопровождения 4 - вычислитель, реализующий операцию подсчета количества пропусков цели подряд и сравнения его с количеством, задаваемым критерием сброса траектории с сопровождения. Если указанное равенство достигается, сопровождение траектории прекращается. Блок выполнен на стандартных цифровых элементах (Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах, М.: «Радио и связь», 1990).
nэ
n
Блок фильтрации параметров траектории цели 5 - вычислитель, реализующий операцию фильтрации параметров траектории, например, с помощью αβ-фильтра (Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации, М.: «Советское радио», 1974, стр. 383-391). С первого выхода блока выдаются экстраполированные на следующее обращение к цели координаты , со второго выхода выдаются параметры сопровождаемой траектории, этот выход является выходом устройства, с третьего выхода выдаются величины отклонений Δu оценок координат цели u от их экстраполированных на текущее n-ое обращение значений . Блок выполнен на стандартных цифровых элементах (Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах, М.: «Радио и связь», 1990).
Блок вычисления размеров строба 6 - вычислитель реализующий операцию вычисления размеров строба сопровождения в соответствии с выражениями (4). Выполнен на стандартных цифровых элементах (Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах, М.: «Радио и связь», 1990).
Блок вычисления координат центра строба 7 - вычислитель, реализующий операцию проверки условия (2) и при его выполнении операцию вычисления координат центра строба сопровождения в соответствии с выражением (3). Выполнен на стандартных цифровых элементах (Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах, М.: «Радио и связь», 1990).
Заявляемое устройство работает следующим образом.
(n)С
Сигналы, обнаруженные в зоне обзора РЛС, поступают на вход блока стробирования сигналов 1, где выделяются те из них, которые находятся в пределах строба. При этом размеры строба Δu и координаты центра строба  для текущего n-го обращения к цели определяются при предыдущем (n-1)-м обращении: размеры строба - в блоке вычисления размеров строба 6, координаты центра строба - в блоке вычисления координат центра строба 7.
Сигналы с выхода блока стробирования подаются в блок сравнения сигналов с порогом обнаружения в стробе 2, где они сравниваются с порогом обнаружения, установленным для стробов сопровождения. Сигналы, превысившие порог, поступают в блок пакетирования сигналов, оценки координат цели и селекции цели в стробе 3. В этом блоке ближайшие друг к другу по угловым координатам и по дальности сигналы объединяются в пространственные пакеты, координаты центров которых принимаются за координаты целей. Координаты цели, ближайшие к центру строба, принимаются за координаты сопровождаемой цели. Если сигналов в стробе не оказалось, то фиксируется пропуск цели и формируется соответствующий признак пропуска цели. В качестве координат цели при этом берутся их экстраполированные на момент обращения значения. Признак пропуска цели со второго выхода блока 3 подается на второй вход блока вычисления размеров строба для увеличения размеров строба.
n
Координаты сопровождаемой цели u с признаками пропуска цели поступают в блок проверки критерия сброса траектории с сопровождения 4, где анализируется количество пропусков подряд. Если количество пропусков подряд совпадает с количеством, задаваемым критерием сброса, то сопровождение траектории прекращается, со второго выхода блока выдается соответствующий признак сброса траектории с сопровождения. Если критерий сброса не выполняется, то координаты цели поступают на первый вход блока фильтрации параметров траектории цели 5, где осуществляются известные операции сглаживания параметров траектории и экстраполяции положения цели на следующее обращение к ней.
nэ
n
(n+1)C
Величины отклонений Δu оценок координат цели u от их экстраполированных на текущий момент значений , вычисляемые в блоке фильтрации параметров траектории цели 5 в соответствии с выражением (1), с третьего выхода блока фильтрации параметров траектории цели 5 поступают на вход блока вычисления размеров строба 6 и на первый вход блока вычисления координат центра строба 7. В блоке 6 в соответствии с выражением (3) рассчитываются размеры строба Δu на следующее (n+1)-е обращение к цели.
Экстраполированные на следующее обращение к цели ее координаты  с первого выхода блока фильтрации параметров траектории цели 5 поступают на второй вход этого блока и на второй вход блока вычисления координат центра строба 7, в котором в проверяется выполнение условия (2) и если оно выполняется, то в соответствии с выражением (3) рассчитываются координаты центра строба .
(n+1)C
Рассчитанные в блоке 7 размеры строба Δu и рассчитанные в блоке 8 координаты его центра  подаются соответственно на второй и третий входы блока стробирования сигналов 1 для установки строба на следующее обращение к цели.
Со второго выхода блока фильтрации параметров траектории цели 5 потребителю РЛИ выдаются параметры траектории сопровождаемой цели.
Описанные операции повторяются при каждом обращении к цели.
Таким образом в заявляемом устройстве, реализующем заявляемый способ, достигается заявленный технический результат.