способ распознавания удаленных воздушных объектов

Формула изобретения

Способ распознавания удаленных воздушных объектов, в котором измеряют азимут и расстояние до распознаваемого объекта двумя двухкоординатными радиолокационными станциями, оценивают по данным измерений координаты распознаваемого объекта, отличающийся тем, что дополнительно вводят данные о траектории условного надводного объекта путем пересчета оцененных горизонтальных координат распознаваемого объекта в азимут и расстояние от каждой радиолокационной станции до условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную плоскость, формируют и запоминают вектор данных измерений от двух радиолокационных станций об азимуте и расстоянии до распознаваемого объекта, содержащего все измерения от момента обнаружения до текущего момента, а также вектор, содержащий все пересчитанные данные с момента обнаружения распознаваемого объекта до текущего момента об азимуте и расстоянии от двух радиолокационных станций до условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность, формируют вектор случайных ошибок измерений, структура и длина которого согласуется с запомненными векторами данных, формируют суммы запомненных векторов данных и вектора случайных ошибок измерений и выполняют на их основе путем многократных вычислений, после каждого нового измерения координат распознаваемого объекта, формирование массива оцененных высот движения распознаваемого объекта, а также массива оцененных высот движения условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции оцененной траектории распознаваемого объекта на горизонтальную плоскость, строят после каждого нового измерения координат распознаваемого объекта гистограммы массивов оцененных высот движения распознаваемого и условного надводного объектов, определяют и сравнивают на основе гистограмм частоту выпадения оценок высоты распознаваемого объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта с пороговым значением, равным частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность и формируют заключение о распознавании в удаленном объекте воздушного объекта в том случае, когда частота выпадения оценок высоты распознаваемого объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта превышает пороговое значение, равное частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области управления движением морских судов и предназначено для распознавания (выделения) удаленных воздушных объектов в массиве радиолокационных отметок (объектов), полученных при совместном радиолокационном обзоре двумя двухкоординатными (азимут, расстояние до цели) радиолокационными станциями морской акватории с движущимися морскими судами, над которыми движутся воздушные летательные аппараты (воздушные объекты).

Одной из особенностей современного морского транспорта является коллективный характер движения, который нередко, особенно в зонах транспортных путей, примыкающих к портам, принимает форму разнонаправленных потоков с предельными значениями интенсивности и динамичности движения морских объектов, что требует в интересах обеспечения безопасности движения для принятия управленческих решений в системах управления движением морских судов своевременно (с момента обнаружения объектов на больших удалениях) принимать меры к распознаванию воздушных объектов в массиве радиолокационных отметок и исключать их из числа объектов, которые совершают с морскими судами опасные сближения (ложные аварийные ситуации), требующие управленческого вмешательства Скоростные воздушные объекты в системах управления движением морских судов распознаются как воздушные объекты по различию их оцененных скоростей в сравнении со скоростью надводных объектов. Однако, если скорость воздушного объекта невелика (вертолеты, воздушные зонды, стаи птиц и т.п.) и соизмерима со скоростью быстроходных надводных объектов (катера и суда на воздушной подушке, на подводных крыльях), то распознавать в удаленном объекте воздушный объект следует путем сравнения его оцененной высоты движения с оцененной высотой движения, например, надводного объекта, высота центра радиолокационных отражателей которого заранее известна. Именно такой подход реализован в заявляемом способе распознавания удаленных воздушных объектов.

Системы управления движением морских судов (включают в себя не менее двух двухкоординатных радиолокационных станций) в зонах, примыкающих к портам, кроме определения координат надводных объектов в горизонтальной плоскости, могут оценивать по специальным алгоритмам также и высоту движения центра радиолокационных отражателей распознаваемого объекта над уровнем моря, именуемую далее - высота движения распознаваемого объекта. Распознаваемые объекты разделяются на воздушные объекты и надводные объекты, к последним относятся морские суда. У надводного объекта центр его радиолокационных отражателей расположен на некоторой высоте над уровнем моря. Величина этой высоты, как и высота движения радиолокационных отражателей воздушного объекта, оценивается с ошибками. С увеличением удаления распознаваемого объекта от радиолокационных станций отношение высоты движения распознаваемого объекта к его удалению уменьшается. Это приводит к нарушению оптимальных режимов алгоритмов оценивания и, соответственно, к возрастанию ошибок оценивания высоты и ложным выводам относительно распознавания в объекте воздушной цели, т.е. удаленные воздушные объекты не распознаются.

В результате пространство распознавания воздушных объектов ограничивается по дистанции (исключаются области больших удалений), т.е. удаленные воздушные объекты не распознаются.

Таким образом, остается нерешенной задача распознавания удаленных воздушных объектов в массиве распознаваемых объектов на основе сравнения частоты выпадения оценок высоты распознаваемых объектов в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта с пороговым значением, равным частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность. В данном случае в качестве известного надводного объекта рассматривается условный надводный объект, который в физической реальности не существует, но введен нами в рассматриваемую ситуацию для обеспечения контролируемых условий сравнения, когда высота условного надводного объекта нами задается и, следовательно, известна, при этом другие характеристики (траектория в горизонтальной плоскости) условного надводного объекта совпадают с характеристиками (траектория в горизонтальной плоскости) распознаваемого объекта, что обеспечивает ситуацию, когда два сравниваемых объекта (распознаваемый и условный надводный) различаются лишь высотой движения, что позволяет статистически (на основе сравнения частот выпадения оценок высоты) установить различие высот их (распознаваемого и условного надводного) движения и сформулировать вывод относительно принадлежности распознаваемого объекта к классу воздушных объектов.

Отсутствие в системах управления движением морских судов распознавания удаленных воздушных объектов на основе сравнения частоты выпадения оценок высоты распознаваемых объектов в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта с пороговым значением, равным частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность, сужает пространство достоверного распознавания воздушных объектов (исключаются области больших удалений).

Наличие распознавания воздушной цели на основе сравнения частоты выпадения оценок высоты распознаваемых объектов в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта с пороговым значением, равным частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность, позволяет в массиве распознаваемых объектов распознать удаленные воздушные объекты в том случае, когда частота выпадения оценок высоты распознаваемых объектов в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта превысит пороговое значение, равное частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную плоскость.

В конечном итоге, наличие распознавания удаленных воздушных объектов на основе сравнения частоты выпадения оценок высоты распознаваемых объектов в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта с пороговым значением, равным частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность, позволяет расширить пространство распознавания воздушных объектов (включая области больших удалений) и распознавать удаленные воздушные объекты.

Известно устройство "трехкоординатная радиолокационная система" [1], реализующее способ на основе вычисляемой высоты движения объекта, содержащее две двухкоординатные радиолокационные станции, с помощью которых (по результатам измерения азимута и расстояния до объекта) вычисляется третья координата - высота движения объекта.

Основным недостатком способа, реализованного с помощью устройства "Трехкоординатная радиолокационная система", является то, что определяют высоту движения объектов на основе тригонометрических вычислений и, следовательно, осуществляют со значительными ошибками определение высоты движения удаленных объектов, для которых мало отношение высоты их движения к удалению от радиолокационной системы (что характерно для удаленных распознаваемых объектов) из-за возрастания влияния ошибок измерений, выполняемых двухкоординатными радиолокационными станциями, на точность вычисления высоты удаленных объектов По этой причине вычисленные высоты движения удаленных воздушных и надводных объектов принимают сравнимые значения, что исключает достоверное разделение распознаваемых удаленных объектов на воздушные и невоздушные (надводные). В то же время данный способ не предоставляет возможность распознать удаленные воздушные объекты на основе сравнения частоты выпадения оценок высоты распознаваемых объектов в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта с пороговым значением, равным частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность.

Следовательно, данный способ, реализуемый устройством-аналогом "трехкоординатная радиолокационная система", по указанной причине не может быть использован для распознавания удаленных воздушных объектов в массиве распознаваемых объектов и не позволяет расширить пространство распознавания воздушных объектов (включая области больших удалений).

Известен также способ "объединение оценок двумерных поисковых датчиков" [2], основанный на сравнении оцененной высоты движения распознаваемых объектов с оцененной высотой надводных объектов. Способ включает измерение азимута и расстояния до распознаваемого объекта двумя радиолокационными станциями, оценивание по данным измерений координат (включая высоту) объекта.

Согласно данному способу высота движения воздушного объекта оценивается алгоритмическим методом, представляющим собой оптимальное объединение оценок двумя фильтрами Калмана, использующими одну и ту же модель, но различные множества измерений положения объекта. Фильтры Калмана работают по измерениям от двух радиолокационных станций, а их выходы объединяются нелинейным оптимальным способом.

Для неудаленных распознаваемых объектов ошибка оценивания высоты невелика и не влияет на достоверность результатов распознавания объектов: отчетливо различаются оцененные высоты движения воздушного и надводного объектов. Однако с увеличением удаления распознаваемого объекта от радиолокационных станций отношение его истинной высоты к удалению уменьшается. Это приводит к нарушению оптимальных режимов алгоритма оценивания и, соответственно, к возрастанию ошибок оценивания высоты. По этой причине полученные оценки высоты движения удаленных воздушных и надводных объектов принимают сравнимые значения, что исключает достоверное разделение обнаруженных удаленных объектов на надводные и воздушные. Однако при этом устройство, реализующее способ "объединение оценок двумерных поисковых датчиков", не предоставляет возможность распознать удаленные воздушные объекты на основе сравнения частоты выпадения оценок высоты распознаваемых объектов в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта с пороговым значением, равным частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность, что исключает достоверное распознавание при реализации способа-аналога удаленных воздушных объектов и, как следствие, сужает пространство распознавания воздушных объектов, т.е. исключаются области больших удалений.

Таким образом, известный способ "объединение оценок двумерных поисковых датчиков" по указанной причине не может быть использован для распознавания удаленных морских и воздушных объектов в массиве распознаваемых объектов и не позволяет расширить пространство распознавания воздушных объектов (включая области больших удалений).

Известный способ "объединение оценок двумерных поисковых датчиков", по своей технической сущности, функциональному назначению и достигаемому техническому результату является наиболее близким к заявляемому изобретению на способ распознавания удаленных воздушных объектов и рассматривается в дальнейшем в качестве способа-прототипа.

В основу изобретения положена задача создания способа распознавания удаленных воздушных объектов на основе сравнения частоты выпадения оценок высоты распознаваемых объектов в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта с пороговым значением, равным частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность, с целью расширения пространства распознавания воздушных объектов, тем самым включая области больших удалений.

Поставленная задача решается тем, что в способ распознавания удаленных воздушных объектов, в котором измеряют азимут и расстояния до распознаваемого объекта двумя двухкоординатными радиолокационными станциями, оценивают по данным измерений координаты распознаваемого объекта, дополнительно вводят данные о траектории условного надводного объекта путем пересчета оцененных горизонтальных координат распознаваемого объекта в азимут и расстояние от каждой радиолокационной станции до условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную плоскость, формируют и запоминают вектор данных измерений от двух радиолокационных станций об азимуте и расстоянии до распознаваемого объекта, содержащего все измерения от момента обнаружения до текущего момента, а также вектор, содержащий все пересчитанные данные с момента обнаружения распознаваемого объекта до текущего момента об азимуте и расстоянии от двух радиолокационных станций до условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность, формируют вектор случайных ошибок измерений, структура и длина которого согласуется с запомненными векторами данных, формируют суммы запомненных векторов данных и вектора случайных ошибок измерений и выполняют на их основе путем многократных вычислений, после каждого нового измерения координат распознаваемого объекта, формирование массива оцененных высот движения распознаваемого объекта, а также массива оцененных высот движения условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции оцененной траектории распознаваемого объекта на горизонтальную плоскость, строят после каждого нового измерения координат распознаваемого объекта гистограммы массивов оцененных высот движения распознаваемого и условного надводного объектов, определяют и сравнивают на основе гистограмм частоту выпадения оценок высоты распознаваемого объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта с пороговым значением, равным частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность, и формируют заключение о распознавании в удаленном объекте воздушного объекта в том случае, когда частота выпадения оценок высоты распознаваемого объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта превышает пороговое значение, равное частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность.

В заявленном способе для распознавания удаленных воздушных объектов общими существенными признаками для него и для его способа-прототипа являются:

- измерение азимута и расстояния до распознаваемого объекта двумя двухкоординатными радиолокационными станциями;

- оценивание по данным измерений координат распознаваемого объекта.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного способа и способа-прототипа показывает, что первый, в отличие от способа-прототипа, имеет следующие существенные отличительные признаки:

- введение данных о траектории условного надводного объекта путем пересчета оцененных горизонтальных координат распознаваемого объекта в азимут и расстояние от каждой радиолокационной станции до условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную плоскость,

- формирование и запоминание вектора данных измерений от двух радиолокационных станций об азимуте и расстоянии до распознаваемого объекта, содержащего все измерения от момента обнаружения до текущего момента, а также вектора, содержащего все пересчитанные данные с момента обнаружения распознаваемого объекта до текущего момента об азимуте и расстоянии от двух радиолокационных станций до условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность,

- формирование вектора случайных ошибок измерений, структура и длина которого согласуется с запомненными векторами данных,

- формирование суммы запомненных векторов данных и вектора случайных ошибок измерений и выполнение на их основе путем многократных вычислений, после каждого нового измерения координат распознаваемого объекта, формирования массива оцененных высот движения распознаваемого объекта, а также массива оцененных высот движения условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции оцененной траектории распознаваемого объекта на горизонтальную плоскость,

- построение после каждого нового измерения координат распознаваемого объекта гистограммы массивов оцененных высот движения распознаваемого и условного надводного объектов,

- определение и сравнение на основе гистограмм частоты выпадения оценок высоты распознаваемого объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта с пороговым значением, равным частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность и формирование заключения о распознавании в удаленном объекте воздушного объекта в том случае, когда частота выпадения оценок высоты распознаваемого объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта превышает пороговое значение, равное частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность.

Совокупность признаков, обеспечивающих достижение технического результата:

- измерение азимута и расстояния до распознаваемого объекта двумя двухкоординатными радиолокационными станциями,

- оценивание по данным измерений координат объекта,

- введение данных о траектории условного надводного объекта путем пересчета оцененных горизонтальных координат распознаваемого объекта в азимут и расстояние от каждой радиолокационной станции до условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную плоскость,

- формирование и запоминание вектора данных измерений от двух радиолокационных станций об азимуте и расстоянии до распознаваемого объекта, содержащего все измерения от момента обнаружения до текущего момента, а также вектора, содержащего все пересчитанные данные с момента обнаружения распознаваемого объекта до текущего момента об азимуте и расстоянии от двух радиолокационных станций до условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность,

- формирование вектора случайных ошибок измерений, структура и длина которого согласуется с запомненными векторами данных,

- формирование суммы запомненных векторов данных и вектора случайных ошибок измерений и выполнение на их основе путем многократных вычислений, после каждого нового измерения координат распознаваемого объекта, формирования массива оцененных высот движения распознаваемого объекта, а также массива оцененных высот движения условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции оцененной траектории распознаваемого объекта на горизонтальную плоскость,

- построение после каждого нового измерения координат распознаваемого объекта гистограммы массивов оцененных высот движения распознаваемого и условного надводного объектов,

- определение и сравнение на основе гистограмм частоты выпадения оценок высоты распознаваемого объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта с пороговым значением, равным частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность и формирование заключения о распознавании в удаленном объекте воздушного объекта в том случае, когда частота выпадения оценок высоты распознаваемого объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта превышает пороговое значение, равное частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность.

Технический результат от применения заявленного способа для распознаваний удаленных воздушных объектов заключается в расширении пространства распознавания удаленных воздушных объектов (в пространство распознавания воздушных объектов включаются области, в которых движутся удаленные воздушные объекты) путем включения в число распознаваемых удаленных воздушных объектов, вычисленная частота выпадения оценок высоты которых в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта превышает пороговое значение, равное частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную плоскость.

Данная совокупность известных и отличительных существенных признаков достаточна и необходима для достижения заявленного технического результата.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом, те благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решить поставленную задачу.

Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем, т. е. оно явным образом не следует из уровня техники и пригодно для промышленного применения.

Сущность заявленного способа распознавания удаленных воздушных объектов поясняется чертежами:

фиг.1 - схема операций, реализующих способ распознавания удаленных воздушных объектов;

фиг. 2 - диаграмма оцененной высоты движения распознаваемого объекта и дисперсии ошибок ее оценивания для способа-прототипа;

фиг. 3 - диаграммы оцененных высот движения, полученных с помощью способа-прототипа, для распознаваемого воздушного объекта и условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную плоскость;

фиг.4 - гистограмма массива оцененных высот условного надводного объекта для некоторого расстояния r_j и диаграмма среднего значения оцененной высоты движения. Иллюстрация превышения заштрихованной частью диаграммы среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта;

фиг. 5 - гистограмма массива оцененных высот распознаваемого объекта для некоторого расстояния r_j. Иллюстрация превышения заштрихованной частью диаграммы среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта;

фиг. 6 - диаграммы частот выпадения оценок высоты распознаваемого и условного надводного объектов в пространство высот выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта

Заявленный способ распознавания удаленных воздушных объектов реализуется операциями 1 и 2 (фиг.1) измерения азимута и расстояния до распознаваемого объекта двумя двухкоординатными радиолокационными станциями; операцией 3 оценивания по данным измерений координат распознаваемого объекта; операцией 4 ввода данных о траектории условного надводного объекта путем пересчета оцененных горизонтальных координат распознаваемого объекта в азимут и расстояние от каждой радиолокационной станции до условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную плоскость; операцией 5 формирования и запоминания вектора данных измерений от двух радиолокационных станций о времени измерения, азимуте и расстоянии до распознаваемого объекта, содержащего все измерения от момента обнаружения до текущего момента, а также вектора, содержащего все пересчитанные данные с момента обнаружения распознаваемого объекта до текущего момента о времени пересчета, азимуте и расстоянии до условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную плоскость; операцией 6 формирования вектора случайных ошибок измерений, структура и длина которого согласуется с запомненными векторами данных, и формирования суммы запомненных векторов данных и вектора случайных ошибок измерений; операцией 7 выполнения па основе запомненных сумм векторов путем многократных вычислений после каждого нового измерения координат распознаваемого объекта массива оцененных высот движения распознаваемого объекта, а также массива оцененных высот движения условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции оцененной траектории распознаваемого объекта на горизонтальную плоскость; операцией 8 построения после каждого нового измерения координат распознаваемого объекта гистограммы массива оцененных высот движения условного надводного объекта и определения после каждого нового измерения координат распознаваемого объекта на основе гистограммы частоты выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство высот выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта; операцией 9 построения после каждого нового измерения координат распознаваемого объекта гистограммы массива оцененных высот движения распознаваемого объекта и определения после каждого нового измерения координат распознаваемого объекта на основе гистограммы частоты выпадения оценок высоты распознаваемого объекта в пространство высот выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта; операцией 10 сравнения частоты выпадения оценок высоты распознаваемого объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта с пороговым значением, равным частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную плоскость и формирования заключения о распознавании в удаленном объекте воздушного объекта в том случае, когда частота выпадения оценок высоты распознаваемого объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта превышает пороговое значение, равное частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте по проекции траектории распознаваемого объекта на горизонтальную поверхность.

Реализация заявленного способа распознавания удаленных воздушных объектов системами управления движением морских судов происходит следующим образом.

Двумя двухкоординатными радиолокационными станциями (РЛС) (операция 1 и 2, фиг.1) обнаруживают на предельной для данных РЛС дальности удаленный объект, подлежащий распознаванию на предмет его отношения к классу воздушных объектов (именуемый далее: "распознаваемый объект"), и измеряют в точные моменты времени значения азимута и расстояния до объекта (⁽ⁱ⁾_pj, r⁽ⁱ⁾_pj, t⁽ⁱ⁾_pj - азимут, расстояние и время, соответственно, измеряемые i-й РЛС, (i=1,2), индекс р относит измеряемые параметры к распознаваемому объекту, индекс j порядковый номер обзора пространства антенной соответствующей РЛС с момента обнаружения распознаваемого объекта, t_рj ⁽ⁱ⁾=t⁽ⁱ⁾+jТ⁽ⁱ⁾, где t⁽ⁱ⁾ - время первого измерения параметров обнаруженного распознаваемого объекта i-й РЛС, T⁽ⁱ⁾ - период обзора пространства i-й антенной РЛС), на основе которых (операция 3) по специальному алгоритму выполняется оценивание координат Х_рj, Y_pj (в неподвижной прямоугольной системе координат, связанной с РЛС) распознаваемого объекта. Операции 1 и 2, а также 3 являются общими для способа-прототипа и заявленного способа.

Значения оцененных координат X_pj, Y_pj в горизонтальной плоскости распознаваемого объекта пересчитываются (операция 4) для моментов времени t_vj ⁽ⁱ⁾, где (t_vj ⁽ⁱ⁾=t_pj ⁽ⁱ⁾), относительно координат установки i-й РЛС (X₀ ⁽ⁱ⁾,Y₀ ⁽ⁱ⁾, 0) в соответствии с выражениями





в азимут ⁽ⁱ⁾_vj и расстояние r_vj ⁽ⁱ⁾ до условного надводного объекта, движущегося на заданной высоте Z_v по проекции оцененной траектории (X_pj,Y_pj, Z_v, t_vj ⁽ⁱ⁾) на горизонтальную плоскость (именуемого далее кратко: "условный надводный объект") Индекс v относит параметры к условному надводному объекту. Высота центра радиолокационных отражателей над уровнем моря условного надводного объекта задается и принимается равной Z_v.

Далее формируются и запоминаются (операция 5):

- вектор измеренных значений азимута, расстояния до распознаваемого объекта и моментов времени измерения, содержащий все измерения от момента обнаружения t_pj ⁽ⁱ⁾=t_p1 ⁽ⁱ⁾ до текущего момента t⁽ⁱ⁾_pj = t⁽ⁱ⁾_pξ,



- вектор пересчитанных азимутов, расстояний и моментов времени, к которым они относятся для условного надводного объекта, содержащий все пересчитанные азимуты, расстояния и время от момента обнаружения t_pj ⁽ⁱ⁾=t_p1 ⁽ⁱ⁾ до текущего момента t⁽ⁱ⁾_pj = t⁽ⁱ⁾_pξ,



где j = - текущий момент измерения, J - максимальное число измерений азимута, расстояния до распознаваемого объекта (оборотов антенны), при котором принимается решение о распознавании объекта.

Таким образом, с каждым новым оборотом j антенны i-й РЛС, длина векторов I_p и I_v увеличивается, они пополняются новыми элементами, при этом элементы, соответствующие предыдущим измерениям, сохраняются в составе векторов I_p и I_v.

Вектор I_p имеет характер массива измеренных данных (⁽ⁱ⁾_pj, r⁽ⁱ⁾_pj, t⁽ⁱ⁾_pj) по всей траектории распознаваемого объекта, начиная с момента обнаружения, соответствующего j=1, и включая текущий момент измерения, соответствующий j= . Измерения продолжаются до момента, соответствующего j=J, при котором принимается решение о распознавании объекта.

Вектор I_v имеет характер массива элементов (⁽ⁱ⁾_vj, r⁽ⁱ⁾_vj, t⁽ⁱ⁾_vj), имитирующего измерение величин азимута и расстояния от двух РЛС до условного надводного объекта по всей траектории его движения, начиная с момента, соответствующего j=1, и включая текущий момент имитации измерений, соответствующий j= . Имитация измерений продолжается до момента, соответствующего j=J, при котором принимается решение о распознавании объекта.

Оба вектора I_р и I_v имеют одинаковую структуру и длину, нарастающую в связи с формированием их синхронно движению распознаваемого и условного надводного объектов. По мере выполнения новых обзоров пространства векторы I_р и I_v пополняются новыми элементами, при этом предыдущие элементы в составе векторов I_p и I_v сохраняются, что обеспечивает сохранение векторами I_p, и I_v всей информации о траекториях движения распознаваемого и условного надводного объектов.

Согласно операции 6 производится формирование вектора случайных ошибок измерений , элементы которого (⁽ⁱ⁾_ϕj - ошибки измерения азимута, ⁽ⁱ⁾_rj - ошибки измерения расстояния i-й РЛС) выбираются соответственно закону распределения и статистическим параметрам случайных ошибок измерений, характерным для измерений в операциях 1 и 2. Вектор случайных ошибок соответствует структуре и длине векторов I_p и I_v



Ошибки измерения моментов времени принимаются равными нулю.

Далее, в завершение операции 6 для каждого формируются суммы I_p+ и I_v+.

В соответствии с операцией 7 по алгоритму, идентичному алгоритму оценивания координат в операции 3, для каждого j= выполняется многократное (k раз) оценивание по вектору I_p+ высоты движения распознаваемого объекта и многократное (k раз) для каждого j= оценивание по вектору I_v+ высоты движения условного надводного объекта.

При каждом очередном k-м оценивании все элементы вектора случайных ошибок обновляются и принимают новые значения. Так как при каждом k-м оценивании по векторам I_p+ и I_v+, содержащим в себе информацию о всей траектории, элементы вектора принимают новые случайные значения, то это имитирует процесс повторных (k раз) измерений (с момента обнаружения распознаваемого объекта и до настоящего момента) азимутов и расстояний до распознаваемого и процесс повторных (k раз) имитации измерений (с момента обнаружения распознаваемого объекта и до настоящего момента) азимута и расстояния до условного объектов, т.е. имитируется многократное (k раз) повторное движение распознаваемого и условного надводного объектов по первоначальной траектории от ее начала до текущего момента оценивания. Информация о смене номера k формируется в ходе операции 7 и учитывается в операции 6 при обновлении элементов вектора .

В завершение операции 7 для каждого j= формируются {Z_pk}_j-j-й массив (размерностью К) случайных значений оцененной высоты движения Z_pk распознаваемого объекта и {Z_vk}_j-j-й массив (размерностью К) случайных значений оцененной высоты движения Z_vk условного надводного объекта. Размерность упомянутых массивов определяется величиной где значение величины К ограничивается сверху условием сходимости статистических параметров указанных массивов.

Условный надводный объект, высота движения которого нами задана и, следовательно, известна, введен для обеспечения формирования модельной ситуации сравнения, когда сравниваемые объекты (в данном случае - распознаваемый объект и условный надводный объект) различаются лишь высотой движения. Высота движения условного надводного объекта нами задана (известна), а высота движения распознаваемого объекта неизвестна. При этом другие характеристики распознаваемого объекта и условного надводного объекта одинаковы:

- условный надводный объект движется по проекции на горизонтальную плоскость траектории, по которой движется распознаваемый объект, т.е. траектории в горизонтальной плоскости обеих объектов одинаковы и синхронны;

- векторы I_р и I_v имеют одинаковую структуру, длину и формируются синхронно, при этом формирование элементов векторов (для распознаваемого объекта - путем измерений, для условного надводного объекта "путем имитации измерении, т.е. пересчетом) производится относительно одних и тех же позиции расположения РЛС;

- к векторам I_р и I_v добавляются одинаковые ошибки измерений.

Далее (операция 8) для условного надводного объекта для каждого j= выполняется вычисление гистограммы [3] массива {Z_vk}_j,

а также его среднего значения

Затем вычисляется оценка степени принадлежности условного надводного объекта к классу воздушных объектов для каждого j= по массиву {Z_vk}_j, которая характеризуется частотой F_vj выпадения значений оцененных высот условного надводного объекта в пространство высот выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта



где суммирование в числителе отношения производится по всем элементам массива Z_v, для которых выполняется условие

Для распознаваемого объекта для каждого j= выполняется (операция 9) вычисление гистограммы массива {Z_pk}_j, после чего вычисляется оценка степени принадлежности распознаваемого объекта к классу воздушных объектов для каждого j= по массиву {Z_pk}_j, которая характеризуется частотой F_pj выпадения значений оцененных высот распознаваемого объекта в пространство высот выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта



где суммирование в числителе отношения производится по всем элементам массива Z_p, для которых выполняется условие

Информация о величине сформированная в ходе операции 8, учитывается в операции 9 при вычислении F_рj.

Вышеизложенный процесс распознавания удаленных объектов заканчивается сравнением (операция 10) для каждого значения j= частоты F_pj с частотой F_vj, выполняющей роль порогового значения, и формированием заключения о распознавании в удаленном объекте воздушного объекта. Так как т.е. операция 10 повторяется многократно (J раз), то процесс сравнения и результат формирования соответствующего заключения имеют статистический характер.

Если распознаваемый объект движется на той же высоте, на которой движется условный надводный объект, то значения частот (F_vj и F_pj), характеризующих степень принадлежности этих объектов к классу воздушных объектов, близки друг к другу, т.е. F_vjF_pj. Если распознаваемый объект движется выше условного надводного объекта, то значение частоты F_рj, характеризующей степень принадлежности распознаваемого объекта к классу воздушных объектов, превысит пороговое значение, равное частоте F_vj, характеризующей степень принадлежности условного надводного объекта к классу воздушных объектов, при этом величина J выбирается из условия достаточности для формирования заключения F_pj>F_vj. В последнем случае формируется заключение о распознавании в удаленном объекте воздушного объекта.

Таким образом, удаленные объекты распознаются как воздушные, если частота выпадения оценок их высоты в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, характеризующая степень принадлежности распознаваемого объекта к классу воздушных объектов, превышает пороговое значение, равное частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, характеризующей степень принадлежности к классу воздушных объектов условного надводного объекта.

Заявленный способ распознавания воздушных объектов системами управления движением морских судов обеспечивает сравнение частот F_pj и F_vj и получение соответственно одного из результатов:

- "распознаваемый объект не является воздушным", если F_vjF_pj, или F_pj<F<SUB>vj
- "распознаваемый объект является воздушным", если F_pj>F_vj,

что обуславливает у заявленного способа распознавания удаленных воздушных объектов свойство распознавать удаленные воздушные объекты в расширенном (в сравнении со способом-прототипом) пространстве путем включения в число распознаваемых удаленных воздушных объектов, частота выпадения оценок высоты которых в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, характеризующая степень принадлежности удаленных воздушных объектов к классу воздушных объектов, превышает пороговое значение, равное частоте выпадения оценок высоты условного надводного объекта в пространство выше среднего значения массива оцененных высот условного надводного объекта, характеризующей степень принадлежности к классу воздушных объектов условного надводного объекта.

В настоящее время устройство, реализующее заявленный способ, находится в стадии численного моделирования и включает в себя:

- две РЛС размещены в неподвижной системе координат в точках РЛС i=1 с координатами (-6000, 0, 0), РЛС i=2-(6000, 0, 0);

- антенны РЛС осуществляют круговой обзор с периодом обзора T⁽ⁱ⁾=1 с;

- распознаваемый объект движется в плоскости YOZ на высоте 500 м со скоростью 20 м/с (скорость движения распознаваемого объекта близка с одной стороны - к скорости вертолетов при выполнении ими специальных работ, а с другой к скорости быстроходных морских судов, что исключает достоверную идентификацию класса объекта (воздушный или надводный) по скорости) в направление на начало координат из области больших удалений (50 км),

- условный надводный объект движется по проекции траектории распознаваемого объекта на поверхность моря. Высота движения центра радиолокационных отражателей данного условного надводного объекта принята равной 30 м над уровнем моря;

- размерность массивов {Z_pk} и {Z_vk} ограничена величиной К 500. Дальнейшее увеличение К (при повторных оценках по одним и тем же векторам I_v и I_р для заданного j) не приводит к изменению значений дисперсии и среднего значения массивов [Z_pk} _j и {Z_vk}_j, что свидетельствует о достаточной величине выбранного значения К и выполнении условия сходимости статистических характеристик массивов {Z_pk}_j и {Z_vk}_j;

- многократное оценивание высоты движения распознаваемого и условного надводного объектов выполняется в точном соответствии с алгоритмом оценивания координат способа-прототипа.

Результаты моделирования представлены на фиг 2-6.

На фиг. 2 представлена типичная диаграмма оцененной высоты _p (Z_ист - истинная высота) движения воздушного объекта, получаемая в операции 3. Диаграмма указывает на наличие недостатка способа-прототипа при распознавании воздушных объектов: для больших удалений объекта от РЛС возрастает ошибка оценивания высоты движения, что подтверждается ростом ее стандартного отклонения _p с увеличением дистанции от РЛС до распознаваемого объекта. Это свойство характерно в равной степени также и для условного надводного объекта (фиг.3), у которого центр радиолокационных отражателей расположен на определенной высоте над уровнем моря и, следовательно, его высота оценивается аналогично (Z_v), как это производится для воздушных объектов. На небольших дистанциях от объектов до РЛС наблюдается выраженное различие между значениями оцененных высот Z_p и Z_v, что позволяет уверенно распознавать воздушный объект. С увеличением дистанции от объектов до РЛС диаграммы оцененных высот Z_p и Z_v принимают сравнимые значения и, начиная с удаления r_s, исключается распознавание (разделение Z_p и Z_v) воздушного объекта устройством, реализующим способ-прототип.

На фиг.4 представлены результаты оценивания высоты условного надводного объекта, истинная высота которого представлена прямой 11. В точке, соответствующей расстоянию _j (для j=), показана гистограмма 12 массива оцененных высот {Z_vk}_j, среднее значение которого обозначено точкой 13. Совокупность аналогичных средних значений для других j, соединенных между собой, представлено кривой 14. Заштрихованная часть 15 гистограммы (выше среднего значения представляет собой площадь, нормированная величина которой ко всей площади гистограммы 12 является частотой F_vj, характеризующей степень принадлежности условного надводного объекта к классу воздушных объектов для данного значения j=.

На фиг. 5 представлены результаты оценивания высоты воздушного объекта, истинная высота движения которого представлена прямой 16. В точке, соответствующей расстоянию _j (для j=), показана гистограмма 17 для массива оцененных высот {Z_pk}_j. Заштрихованная часть 18 гистограммы (выше среднего значения представляет собой площадь, нормированная величина которой ко всей площади гистограммы 17 является частотой F_pj, характеризующей степень принадлежности распознаваемого удаленного объекта к классу воздушных объектов (для данного значения j=), относительно уровня среднего значения , массива оцененных высот {Z_vk}_j условного надводного объекта.

На фиг.6 представлена диаграмма частоты F_vj, полученная путем соединения кривой 19 значений, полученных для всех значений , соответствующих диапазону удалений r=(5,50) км. Аналогичным образом получена диаграмма 20 для частоты F_pj, характеризующей степень принадлежности распознаваемого объекта к классу воздушных объектов.

Из соотношения диаграмм 19 и 20 следует, что выполнение условия F_pj>F_vj наступает при r_j<r<SUB>djr"_d, для чего требуется общее число измерений J1100.

Из сравнения диаграмм Z_p и Z_v (фиг.3) и 19, 20 (фиг.6) следует, что r"_d>r_s, т. е. реализация заявленного способа в сравнении со способом-прототипом позволяет осуществлять распознавание воздушных объектов на больших удалениях.

Из вышеизложенного следует, что реализуется поставленная заявленным способом задача, состоящая в расширении пространства распознавания воздушных объектов (включая области больших удалений) и распознавании удаленных воздушных объектов.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о достижении технического результата от применения заявленного способа распознавания удаленных воздушных объектов.

Источники информации

1. Патент DE 4123898 A1, 18.07.91 г. Трехкоординатная радиолокационная система (ИСМ 85-08-94 г., стр. 8).

2. Nabaa Nassib, Bishop Robert H. Estimste fusion For 2D search sensors / АIАА Guidance, Navig and Contr. Conf, Baltimore, Md, Aug. 7-10, 1995: Collect. Techn. Pap. Pt 1. - Washington (D. C.), 1995. - С. 677-684. (РЖ "Автоматика и вычислительная техника", 1997 г., 1А-431).

3. Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок. Пер с англ., М.: Мир, 1985.