VOYNA_1 / 4-1-4

3. АВТОМАТИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ЦЕЛЕЙ

В результате первичной обработки радиолокационной информации на вход алгоритма автосопровождения поступают два потока отметок целей:

"истинных целей", группирующихся вблизи действительного положения целей;

"ложных целей'', одна часть из которых, привязана к областям помех и отражений от местных предметов, а другая - равномерно распределена по всей зоне обзора станции.

Если принято решение о том, что некоторое множество отметок, полученных каждая в своем обзоре РЛС, относится к одной и той же траектории, то следующей задачей является оценка параметров этой траектории, которая состоит в расчете рассмотренных в п. 2.2 параметров Х₀, У₀, Н₀, V_x, V_y, V_H, a_x, a_y и a_H. При наличии двух отметок о цели в качества начальных координат Х₀, У₀ и Н₀ принимаются координаты последней отметки, составляющие скорости V_x, V_y и V_H рассчитываются так же, как и при автозахвате траектории.

При различии большего числа отметок имеется возможность перехода к более сложной модели движения цели и сглаживанию параметров траектории. Сглаживание производится для того, чтобы уменьшить влияние ошибок измерения координат цели РЛС на точность сопровождения. Наиболее часто в АСУ встречаются линейная модель движения цели и последовательное сглаживание параметров траектории.

Сущность метода последовательного сглаживания состоит в том, что сглаженные значения параметров траектории в очередном k-м о6зоре определяются по сглаженным значениям, полученным в (k-1)-м обзоре, и результатам последнего k-го наблюдения. Независимо от числа проведенных наблюдений в очередном цикле вычислений используются лишь предыдущая оценка и результат нового наблюдения. При этом требования к емкости запоминающих устройств и быстродействию аппаратуры значительно уменьшаются.

Окончательные выражения для сглаживания координаты и скорости в k-м обзоре РЛС имеют следующий вид:

(2.8)

Ив этих формул видно, что сглаженное значение координата равно сумме экстраполированной на момент k-то наблюдения сглаженной координаты U^*_КЭ и взятого с коэффициентом _k отклонения экстраполированной координаты от результата измерения.

Сглаженное значение скорости в k-м обзоре V^*U_K есть сумма сглаженной скорости V^*U_K-1 в (k-1)-м обзоре и взятого с коэффициентом _k приращения скорости, которое пропорционально отклонению.

U=U_K-U_КЭ.

Н

Рис. 2.5. Сглаживание параметров траектории цели.

а рис.2.5 показан участок траектории цели, истинные положения цели в моменты локации и результаты измерений. Отрезки прямых линий изображают траекторию движения, рассчитанную ЭВМ АСУ, когда сглаживание координат не производится (составляющие скорости в каждом обзоре определяются по результатам двух последних наблюдений). Цель движется в направлении вектора скорости. В момент съема координат производится пересчет составляющих скорости, текущие координаты и направление перемещения цели меняются скачкообразно.

Пунктирная линия на рис.2.5 означает сглаженную траекторию цели, рассчитанную в ЭВМ АСУ в k-м обзоре. Ввиду того, что коэффициенты сглаженных координат _k и _k лежат в пределах 0...1, сглаженная начальная координата находится в интервале U^*_КЭ … U_К, а сглаженная скорость - V^*U_K-1 … V^*U_K .

Доказано, что при прямолинейном равномерном движении цели ошибки сопровождения будут минимальными, если коэффициенты _k и _k рассчитываются по формулам:

(2.9)

На рис.2.6 показана зависимость _k и _k от номера обзора k. Из графиков рисунка видно, что коэффициенты асимптотически приближаются к нулю. В пределе при k   этим достигается полное устранение ошибок сопровождения цели. На практике же всегда имеют место отклонения траектории цели от прямолинейной.

П

Рис. 2.6. Зависимость коэффициентов сглаживания от К.

оэтому значения коэффициентов _k и _k уменьшаются лишь до определенных пределов.

Рис. 2.7. Влияние сглаживания параметров траектории на точность сопровождения цели

Качественно влияние сглаживания на точность сопровождения цели может быть оценено с помощью рис.2.7. На участке прямолинейного движения ошибка сглаженных координат цели меньше несглаженных: отрезки пунктирных линий расположены ближе к истинной траектории цели, чем отрезки сплошных линий. На участке маневра за счет несоответствия истинного характера движения цели гипотетическому возникают динамические ошибки сопровождения. Теперь уж отрезки сплошных линий более точно определяют фактическое положение цели по сравнению с отрезками пунктирных линий.

В АСУ ПВО при сопровождении неманеврирующих целей выбор коэффициентов _k и _k производится различными способами: они могут быть либо пересчитываться от начальных до некоторых конечных значений, либо оставаться неизменными в течение всего, периода сопровождения. В последнем случае оптимальное последовательное сглаживание переходит в так называемое экспоненциальное сглаживание. Обнаружение маневра цели может производиться визуально оператором или автоматически. В обоих случаях цель считается маневрирующей, если измеренная координата цели отличается от экстраполированной на величину, превышающую допустимые ошибки измерения координат.

Знание параметров траектории позволяет вычислить текущее положение цели на любой момент времени t:

Обычно вычисление текущих (экстраполированных на данный момент времени) координат цели приурочивается к моментам выдачи информации на индикаторы, в каналы связи, зоны памяти других алгоритмов и др. Вычисление прогнозируемых значений координат целей производится по формулам:

(2.10)

где t_y - время упреждения, отсчитываемое от текущего момента t.

Обычно t_y при оценке воздушной обстановки задается командирами, а при решении других задач обработки данных считывается из постоянной памяти ЭВМ АСУ.

Завершающим этапом сопровождения целей является решение задачи соотнесения вновь появляющихся отметок с имеющимися траекториями. Эта задача решается методом математического стробирования областей воздушного пространства. Сущность его состоит в машинной проверке выполнения равенств, с помощью которых устанавливается принадлежность отметки исследуемой области. При этом чаще всего используются прямоугольные или круговые стробы. Их параметры показаны на рис.2.8.

Пусть Х_Э, У_Э - экстраполированные координаты цели на некоторый момент времени t. Для выяснения того, какая из отметок, поступивших в очередном обзоре, относится к данной траектории, необходимо проверить условия:

п

Рис. 2.8. Параметры стробов

ри использовании прямоугольных стробов -

|X₁-X_Э|  X_стр; |Y₁-Y_Э|  Y_стр; (2.11)

при использовании кругового строба -

(X_i – X_Э)² + (Y_i – Y_Э)²  R_стр, (2.12)

где Х_стр, Y_стр - размеры прямоугольного строба;

R_стр - размер кругового строба.

В результате перебора всевозможных пар «траектория-отметка» в каждом обзоре устанавливается, какие отметки продолжают имеющиеся, а какие инициируют новые трассы.

Из описания алгоритмов сопровождения траекторий целей видно что обработка информации о воздушной обстановке является весьма трудоемким процессом, требующим больших затрат оперативной памяти и быстродействия ЭВМ АСУ.