Способ и устройство радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующего объекта с учетом пропусков измерений дальности и радиальной скорости

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для определения путевой скорости неманеврирующих объектов, преимущественно в радиолокационных станциях (РЛС) с грубыми измерениями угловых координат. Достигаемый технический результат изобретения - повышение точности определения путевой скорости. В заявленном способе перемножают данные измерений дальности и радиальной скорости, оценивают первое приращение произведения дальности на радиальную скорость (ПДРС) путем взвешенного суммирования фиксированной выборки ПДРС, делят полученную оценку на период обзора РЛС и вычисляют квадратный корень. При этом весовые коэффициенты вычисляют с учетом пропусков измерений дальности и радиальной скорости. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в наземных радиолокационных станциях (РЛС) для определения путевой скорости (модуля вектора скорости) неманеврирующей аэродинамической цели (АЦ) и других объектов, движущихся по линейной траектории.

Известны способы и устройства измерения путевой скорости, в которых сначала определяют скорости изменения прямоугольных декартовых координат и затем вычисляют путевую скорость по формуле:

[1, С 314].

Известны устройства определения скорости изменения прямоугольных декартовых координат и с помощью цифрового нерекурсивного фильтра (ЦНРФ) путем оптимального взвешенного суммирования фиксированной выборки значений этих координат [1, С. 300-304].

Известны устройства определения скорости изменения прямоугольных декартовых координат и с помощью α, β фильтра путем последовательного оптимального сглаживания выборки нарастающего объема значений этих координат [1, С. 321-322].

Основным недостатком этих устройств является низкая точность определения путевой скорости неманеврирующих объектов в РЛС с большими ошибками измерениями азимута, в частности в РЛС метрового диапазона волн.

Известен способ и устройство определения путевой скорости неманеврирующей воздушной цели путем оптимального взвешенного суммирования фиксированной выборки значений квадратов дальности с помощью ЦНРФ без использования измерений азимута [2, 3].

Основные недостатки способа и устройства:

1. Высокие требования к точности измерения дальности (среднеквадрати-ческие ошибки измерения дальности (СКО) σ_r<25..50 м) для достижения преимущества по сравнению со способами оценивания скорости по выборкам значений прямоугольных координат. Такие точности проблематично реализовать в РЛС метрового диапазона волн с узкополосными зондирующими сигналами, формируемыми для обеспечения электромагнитной совместимости этих станций с радиоэлектронными системами связи, навигации, телевидения и другими устройствами.

2. Не учитываются пропуски измерений дальности.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного изобретения являются способ и устройство радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующей АЦ по фиксированной выборке произведений дальности на радиальную скорость с помощью ЦНРФ [4].

Сущность прототипа поясняется структурной схемой устройства определения путевой скорости, приведенной в фиг. 1. В умножителе (блок 1) перемножают данные измерений дальности и радиальной скорости и преобразуют их в цифровые входные сигналы ЦНРФ. В ЦНРФ (блок 2), содержащем запоминающее устройство (ЗУ), умножитель входных сигналов на весовые коэффициенты и сумматор, формируют фиксированную выборку из N взвешенных входных сигналов и определяют сглаженное значение (оценку) первого приращения произведения дальности на радиальную скорость за обзор путем суммирования этих сигналов. При этом весовые коэффициенты оценивания первого приращения вычисляют без учета пропусков измерений дальности и радиальной скорости, то есть без учета пропусков входных сигналов ЦНРФ по формуле: где i - порядковый номер измерения или обзора в выборке [4, С.151, формула 4.27]. Далее оценку делят в блоке 3 на период обзора Т₀. Из полученного результата вычисляют в блоке 4 квадратный корень и получают оценку, то есть сглаженное значение путевой скорости.

Недостаток прототипа: снижается точность определения путевой скорости неманеврирующей АЦ, так как не учитываются пропуски измерений дальности и радиальной скорости в обрабатываемой выборке произведений дальности на радиальную скорость.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности определения путевой скорости неманеврирующей АЦ за счет учета пропусков измерений дальности и радиальной скорости.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявленном способе, как в прототипе, производят перемножение входных сигналов дальности и радиальной скорости, формируют фиксированную выборку произведений дальности на радиальную скорость, вычисляют весовые коэффициенты оценивания первого приращения умножают произведения дальности на радиальную скорость на эти весовые коэффициенты, суммируют взвешенные произведения дальности на радиальную скорость и определяют оценку первого приращения произведения дальности на радиальную скорость за обзор делят эту оценку на период обзора Т₀, из полученного результата вычисляют квадратный корень и получают значение путевой скорости:

В отличие от прототипа, согласно изобретению, для вычислешия весовых коэффициентов оценивания первого приращения определяют количество р пропусков сигналов в фиксированной выборке, запоминают номера i_k обзоров, в которых имеется k-й пропуск сигнала в фиксированной выборке из N сигналов. Далее вычисляют разность ƒ_N между объемом выборки N и количеством р пропусков:

Затем вычисляют значения выражений g_N и h_N по формулам:

После этого вычисляют значения весовых коэффициентов оценивания первого приращения произведения дальности на радиальную скорость за обзор:

Для доказательства достоверности предлагаемого способа вычислим путевую скорость цели по выборке из шести произведений дальности на радиальную скорость на траектории, параметры которой приведены в табл. 1.

Цель летит параллельно оси ординат с постоянной скоростью и курсовым параметром Р=200 км и сопровождается в скользящем окне из 6 обзоров. Пусть входной сигнал отсутствует во 2-м и 4-м обзорах. В соответствии с (2) - (4) имеем:

В соответствии с (5) вычислим весовые коэффициенты:

Далее так же, как в прототипе, вычислим оценку первого приращения произведения дальности на радиальную скорость путем суммирования взвешенных значений произведений дальности на радиальную скорость:

В итоге получим несмещенную оценку путевой скорости:

При смещении скользящего окна на обзор или увеличении его длины пропуски также смещаются и поэтому весовые коэффициенты принимают другие значения.

Точность оценивания первого приращения характеризуется относительной среднеквадратической ошибкой равной корню квадратному из суммы квадратов весовых коэффициентов:

Точность определения путевой скорости, как и в прототипе, вычисляется по формуле [4]:

Например, СКО определения оценки путевой скорости АЦ заявленным способом для приведенного примера в РЛС «Резонанс-Н» ( σ_r=300 м, σ_β=1,5°, [6, С. 356-361]) будет равна то есть около 5% от значения путевой скорости.

В прототипе оценивание путевой скорости по формуле (1) в приведенном примере невозможно, так как подкоренное выражение, то есть оценка первого приращения, отрицательно,

В других случаях, например при пропусках во 2-м и 4-м обзорах, оценка путевой скорости вычисляется по формуле (1) с положительным смещением, равным что почти в 3 раза больше СКО определения путевой скорости заявленным способом:

При отсутствии пропусков входных сигналов ЦНРФ весовые коэффициенты в прототипе (1) и в заявляемом изобретении (5) будут одинаковы и, следовательно, будут одинаковы точности определения путевой скорости.

Устройство радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующего объекта с учетом пропусков измерений дальности и радиальной скорости, структурная схема которого приведена в фиг. 2, содержит так же, как прототип, последовательно соединенные умножитель (блок 1) входных сигналов дальности и радиальной скорости, цифровой нерекурсивный фильтр (блок 2) в составе последовательно соединенных запоминающего устройства, умножителя входных сигналов на весовые коэффициенты и сумматора, делитель (блок 3) на период обзора T₀ и вычислитель (блок 4) квадратного корня, являющийся выходом заявленного устройства.

В отличие от прототипа, согласно изобретению, в состав умножителя входных сигналов на весовые коэффициенты входит счетчик пропусков входных сигналов, подключенный к входу вычислителя весовых коэффициентов оценивания первого приращения произведения дальности на радиальную скорость.

Таким образом, за счет выявления пропусков измерений дальности и радиальной скорости в обрабатываемой выборке произведений дальности на радиальную скорость и вычисления весовых коэффициентов оценивания первого приращения с учетом пропусков измерений достигается реализация заявленного технического результата, то есть повышение точности определения путевой скорости неманеврирующей АЦ по сравнению с прототипом и другими аналогами.

Список использованных источников

1. Кузьмин С.З. Цифровая обработка радиолокационной информации. М.: «Советское радио», 1967, 400 с.

2. Патент на изобретение №2559296 «Способ определения модуля скорости аэродинамической цели».

3. Патент на полезную модель №152617 «Устройство радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующей воздушной цели».

4. Патент на изобретение №2644588 «Способ радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующей аэродинамической цели по выборке произведений дальности на радиальную скорость и устройство для его реализации».

5. Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. М.: «Радио и связь», 1986, 352 с.

6. Вооружение ПВО и РЭС России. Альманах. М.: Издательство НО «Лига содействия оборонным предприятиям», 2011, 504 с.

1. Способ радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующего объекта с учетом пропусков измерений дальности и радиальной скорости, заключающийся в том, что производят перемножение входных сигналов дальности r_i и радиальной скорости , формируют фиксированную выборку полученных произведений дальности на радиальную скорость определяют весовые коэффициенты оценивания первого приращения произведения дальности на радиальную скорость умножают произведения дальности на радиальную скорость на эти весовые коэффициенты, суммируют взвешенные произведения дальности на радиальную скорость и определяют оценку первого приращения произведения дальности на радиальную скорость за обзор делят эту оценку на период обзора Т₀, из полученного результата вычисляют квадратный корень и получают значение путевой скорости, отличающийся тем, что для определения весовых коэффициентов оценивания первого приращения определяют количество р пропусков сигналов, то есть произведений дальности на радиальную скорость, запоминают номера i_прk обзоров, в которых имеется k-й пропуск сигнала, вычисляют разность ƒ_N между объемом выборки N и количеством р пропусков ƒ_N=N-р, вычисляют значения выражений g_N и h_N по формулам:

и далее вычисляют весовые коэффициенты оценивания первого приращения произведения дальности на радиальную скорость за обзор по формуле

2. Устройство радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующего объекта с учетом пропусков измерений дальности и радиальной скорости, содержащее последовательно соединенные умножитель входных сигналов дальности и радиальной скорости, цифровой нерекурсивный фильтр в составе последовательно соединенных запоминающего устройства, умножителя входных сигналов на весовые коэффициенты и сумматора, делитель на период обзора Т₀ и вычислитель квадратного корня, являющийся выходом заявленного устройства, отличающееся тем, что в состав умножителя входных сигналов на весовые коэффициенты входит счетчик пропусков входных сигналов, подключенный к входу вычислителя весовых коэффициентов оценивания первого приращения произведения дальности на радиальную скорость.