Radar kuzatuvchisi - Radar tracker

A radar kuzatuvchisi a ning tarkibiy qismidir radar bir xil maqsadni ketma-ket radar kuzatuvlarini birlashtiradigan tizim yoki tegishli buyruq va boshqaruv tizimi (C2) treklar. Ayniqsa, radiolokatsion tizim bir nechta turli maqsadlardagi ma'lumotlarni hisobot qilganda yoki bir nechta turli xil radarlardan yoki boshqa sensorlardan ma'lumotlarni birlashtirish zarur bo'lganda foydalidir.

Radar kuzatuvchisining roli

Klassik aylanadigan havo kuzatuv radar tizimi shovqin fonida maqsad aks-sadolarini aniqlaydi. Ushbu aniqlanishlar ("uchastkalar" deb nomlanuvchi) da qutb koordinatalari nishonning diapazoni va yotishini ifodalaydi. Bundan tashqari, radar qabul qiluvchisidagi shovqin vaqti-vaqti bilan radarni aniqlash chegarasidan oshib ketadi Doimiy noto'g'ri signal darajasi detektor va maqsadlar sifatida noto'g'ri xabar qilingan (nomi ma'lum yolg'on signalizatsiya ). Radar izlovchisining vazifasi radar tizimidan ketma-ket yangilanishlarni kuzatib borish (odatda antenna aylanayotganda bir necha soniyada bir marta sodir bo'ladi) va shu maqsadga tegishli uchastkalarning ketma-ketligini aniqlash, yolg'on deb hisoblangan har qanday uchastkalarni rad etish. signalizatsiya. Bunga qo'shimcha ravishda, radar kuzatuvchisi uchastkalarning ketma-ketligidan maqsadning tezligi va yo'nalishini taxmin qilish uchun foydalanishi mumkin. Bir nechta maqsadlar mavjud bo'lganda, radar kuzatuvchisi har bir nishon uchun bitta trekka berishni maqsad qiladi, kuzatuv tarixi ko'pincha maqsad qaerdan kelganligini ko'rsatish uchun ishlatiladi.

Bir nechta radar tizimlari bitta hisobot postiga ulanganda, a multiradar izdoshi ko'pincha barcha radarlarning yangilanishlarini kuzatish va aniqlanishlar birikmasidan treklarni shakllantirish uchun ishlatiladi. Ushbu konfiguratsiyada treklar ko'pincha bitta radarlardan hosil bo'lganlarga qaraganda aniqroq bo'ladi, chunki treklarni taxmin qilish uchun ko'p sonli aniqlanishlar ishlatilishi mumkin, uchastkalarni bog'lashdan tashqari, yolg'on signallarni rad qilish va yo'nalishni va tezlikni taxmin qilishdan tashqari, radar kuzatuvchisi individual radar o'lchovlaridagi xatolar yumshatilgan filtr vazifasini bajaradi. Aslida, radar kuzatuvchisi xabar qilingan uchastkalarga silliq egri chiziqqa mos keladi va agar to'g'ri bajarilgan bo'lsa, radar tizimining umumiy aniqligini oshirishi mumkin. multisensor kuzatuvchisi turli xil sensorlardan hisobotlarni birlashtirishga imkon berish uchun multiradar izdoshi kontseptsiyasini kengaytiradi - odatda radarlar, ikkinchi darajali kuzatuv radarlari (SSR), do'st yoki dushman (IFF) tizimlarini aniqlash va elektron qo'llab-quvvatlash choralari (ESM) ma'lumotlar.

Radiolokatsion yo'l odatda quyidagi ma'lumotlarni o'z ichiga oladi:

  • Lavozimi (ikki yoki uch o'lchamda)
  • Sarlavha
  • Tezlik
  • Noyob trek raqami

Bundan tashqari, dasturga yoki trekkerning nafisligiga qarab trekka quyidagilar kiradi:

  • Fuqarolik SSR A, C, S rejimlari haqida ma'lumot
  • Harbiy IFF 1, 2, 3, 4 va 5 rejimlari ma'lumotlari
  • Qo'ng'iroq belgisi haqida ma'lumot
  • Ishonchliligi yoki noaniqligi to'g'risidagi ma'lumotlarni kuzatib boring

Umumiy yondashuv

Radar kuzatuvchisini amalga oshirish uchun turli darajadagi nafosat matematik algoritmlari qo'llaniladi. Biroq, ularning barchasi har safar radar yangilanganida quyidagilarga o'xshash amallarni bajaradi:

Ehtimol, eng muhim qadam bu treklarni yangi uchastkalar bilan yangilashdir. Barcha trekerlar ushbu bosqichda bir qator omillarni bevosita yoki aniq hisobga olishadi, jumladan:

  • radar o'lchovlari maqsad koordinatalari bilan qanday bog'liqligi uchun model
  • radar o'lchovlaridagi xatolar
  • maqsadli harakat modeli
  • maqsadli harakat modelidagi xatolar

Ushbu ma'lumotdan foydalangan holda, radar kuzatuvchisi radardan (u erda noma'lum xatolarga ega bo'lgan) va maqsadning so'nggi taxmin qilingan pozitsiyasidan (shuningdek, noma'lum xatolarga ega) o'rtacha hisoblangan holatini shakllantirish orqali trekni yangilashga harakat qiladi. Kuzatish muammosi, ayniqsa, oldindan aytib bo'lmaydigan harakatlar (ya'ni noma'lum maqsadli harakat modellari), Gauss bo'lmagan o'lchov yoki modeldagi xatolar, o'lchangan miqdorlar va kerakli maqsad koordinatalari o'rtasidagi chiziqli bo'lmagan aloqalar, bir xil bo'lmagan holatlarda aniqlanish uchun qiyinlashadi. tarqatilgan tartibsizlik, o'tkazib yuborilgan aniqlash yoki noto'g'ri signal. Haqiqiy dunyoda, radar izdoshi, odatda, ushbu ta'sirlarning barchasini birlashtiradi; bu muammoni hal qilish uchun tobora takomillashib borayotgan algoritmlar to'plamini ishlab chiqishga olib keldi. Haqiqatan ham bir vaqtning o'zida bir necha yuz maqsadlar uchun radar treklarini shakllantirish zaruriyati tufayli, radarlarni kuzatib borish algoritmlarini tarqatish odatda mavjud hisoblash quvvati bilan cheklangan.

Assotsiatsiyani kuzatish uchun fitna

Qayta ishlashning ushbu bosqichida radar kuzatuvchisi qaysi treklarni yangilash uchun qaysi uchastkalardan foydalanish kerakligini aniqlashga intiladi. Ko'p yondashuvlarda berilgan uchastkadan faqat bitta trekni yangilash uchun foydalanish mumkin. Biroq, boshqa yondashuvlarda fitna qaysi trekka tegishli ekanligini bilishda noaniqlikni anglab, bir nechta treklarni yangilash uchun ishlatilishi mumkin. Qanday bo'lmasin, jarayonning birinchi qadami - mavjud treklarni so'nggi holatini taxmin qilish (masalan, pozitsiya, sarlavha, tezlik, tezlashtirish va hk) asosida yangi pozitsiyasini bashorat qilish orqali ularni hozirgi vaqtga yangilash. harakat modeli (masalan, doimiy tezlik, doimiy tezlanish va boshqalar). Bashoratlarni yangilab, uchastkalarni treklarga bog'lashga harakat qilish mumkin.

Buni bir necha usul bilan amalga oshirish mumkin:

Trek uchastka bilan bog'langandan so'ng, ga o'tadi trekni tekislash bosqich, bu erda trekni bashorat qilish va tegishli uchastka birlashtirilib, maqsad joylashuvining yangi, tekislangan bahosi taqdim etiladi.

Ushbu jarayonni tugatgandan so'ng, bir qator uchastkalar mavjud treklar bilan aloqasiz bo'lib qoladi va bir qator treklar yangilanmasdan qoladi. Bu bosqichlarga olib keladi trekni boshlash va trekka texnik xizmat ko'rsatish.

Yo'lni boshlash

Yo'lni boshlash - bu aloqador bo'lmagan radar uchastkasidan yangi radar yo'lini yaratish jarayoni. Tracker birinchi marta yoqilganda, barcha boshlang'ich radar uchastkalari yangi treklarni yaratish uchun ishlatiladi, lekin treker ishga tushgandan so'ng, yangi treklarni tug'dirish uchun faqat mavjud trekni yangilash uchun ishlatib bo'lmaydigan uchastkalardan foydalaniladi. Odatda yangi trekka status beriladi taxminiy keyingi radar yangilanishlaridagi uchastkalar yangi trek bilan muvaffaqiyatli bog'languncha. Dastlabki treklar operatorga ko'rsatilmaydi va shuning uchun ular trekning birinchi hisobotida biroz kechikish hisobiga ekranda soxta treklarning paydo bo'lishiga yo'l qo'ymaydi. Bir nechta yangilanishlar qabul qilingandan so'ng, trek tasdiqlangan va operatorga ko'rsatiladi. Taxminiy trekni tasdiqlangan trekka olib chiqish uchun eng keng tarqalgan mezon "M-of-N qoidasi" bo'lib, unda so'nggi N radar yangilanishlari paytida kamida M uchastkalari taxminiy yo'l bilan bog'langan bo'lishi kerak - M = bilan 3 va N = 5 odatiy qiymatlardir. Murakkab yondashuvlar statistik yondashuvdan foydalanishi mumkin, bunda trek, masalan, uning kovaryans matritsasi ma'lum hajmga tushganda tasdiqlanadi.

Parcha parvarishlash

Yo'lni parvarish qilish - bu trekning ishlash muddatini tugatish to'g'risida qaror qabul qilish jarayoni. Agar birlashma bosqichini kuzatish uchun uchastka davomida uchastka uchastkasi bilan bog'lanmagan bo'lsa, unda maqsad endi mavjud bo'lmasligi ehtimoli mavjud (masalan, samolyot tushgan yoki radar qoplamasidan chiqib ketgan). Shu bilan bir qatorda, shu bilan birga, radar ushbu yangilanishdagi maqsadni ko'rmagan bo'lishi mumkin, ammo uni keyingi yangilashda yana topishi mumkin. Yo'lni tugatish to'g'risida qaror qabul qilishning odatiy yondashuvlariga quyidagilar kiradi:

  • Maqsad o'tgan M ketma-ket yangilanish imkoniyatlarini ko'rmagan bo'lsa (odatda M = 3 yoki shunga o'xshash)
  • Maqsad o'tgan M ichida ko'rinmasa, N dan so'nggi yangilanish imkoniyatlari
  • Agar nishonning noaniqligi (kovaryans matritsasi) ma'lum chegaradan oshib ketgan bo'lsa

To'g'ri tekislashni kuzatib boring

Ushbu muhim bosqichda trekning so'nggi prognozi bog'langan uchastka bilan birlashtirilib, maqsad holatining yangi yaxshilangan bahosini hamda ushbu bashoratdagi xatolarni qayta ko'rib chiqilishini ta'minlaydi. Ushbu jarayon uchun turli xil murakkablik va hisoblash yuki bo'lgan turli xil algoritmlar mavjud.

Alfa-beta-treker

Dan foydalanib, erta kuzatuv yondashuvi alfa beta filtri, bu aniq kovaryans xatolarini va treklarni yangilash uchun doimiy tezlikda, manevr qilmaydigan maqsadli modelni o'z ichiga olgan.

Kalman filtri

Ning roli Kalman filtri maqsadning hozirgi ma'lum holatini (ya'ni pozitsiyasi, sarlavhasi, tezligi va ehtimol tezlashishi) olish va so'nggi radar o'lchovi vaqtida maqsadning yangi holatini taxmin qilishdir. Ushbu bashoratni amalga oshirishda, shuningdek, ushbu bashoratda o'zining noaniqligi (ya'ni xatolar) haqidagi taxminini yangilaydi. Keyinchalik, radarning ma'lum o'lchov xatolarini va maqsadli harakat modellarida o'ziga xos noaniqligini hisobga olgan holda, ushbu holatni taxmin qilish holatini va holatni so'nggi o'lchovini hosil qiladi. Va nihoyat, u davlat smetasining noaniqligi haqidagi taxminini yangilaydi. Kalman filtri matematikasidagi asosiy taxmin o'lchov tenglamalari (ya'ni, radar o'lchovlari va maqsad holati o'rtasidagi bog'liqlik) va holat tenglamalari (ya'ni hozirgi holatga qarab kelajakdagi holatni taxmin qilish uchun tenglamalar). chiziqli.

Kalman filtri, radarning o'lchov xatolari va uning maqsadli harakat modelidagi xatolar va uning holatini baholashdagi xatolar ma'lum kovaryans bilan nolga teng degan ma'noni anglatadi. Bu shuni anglatadiki, ushbu xato manbalarining barchasi a bilan ifodalanishi mumkin kovaryans matritsasi. Shuning uchun Kalman filtrining matematikasi ushbu kovaryans matritsalarini ko'paytirish va ulardan bashorat qilish va o'lchovning tortilgan yig'indisini shakllantirish uchun foydalanish bilan shug'ullanadi.

Maqsadli harakat asosiy modelga yaxshi mos keladigan vaziyatlarda Kalman filtrining o'z bashoratiga "haddan tashqari ishonish" va radar o'lchovlarini e'tiborsiz qoldirish tendentsiyasi mavjud. Agar nishon keyin harakat qilsa, filtr manevrni bajarolmaydi. Shuning uchun filtrni tatbiq etish uchun har bir yangilashda davlat taxminiy kovaryans matritsasining kattaligini o'zboshimchalik bilan oshirish odatiy holdir.

Ko'p gipotezani kuzatuvchi (MHT)

MHT trekni har bir yangilashda bir nechta uchastka bilan yangilashga imkon beradi va bir nechta mumkin bo'lgan treklarni tug'diradi. Har bir radar yangilanishi qabul qilingandan so'ng, har bir yangi trekka potentsial ravishda yangilanishi mumkin bo'lgan trekni kiritish mumkin. Vaqt o'tishi bilan trek ko'plab mumkin bo'lgan yo'nalishlarga bo'linadi. MHT har bir potentsial trekning ehtimolligini hisoblab chiqadi va odatda faqat barcha treklarning eng ehtimoli haqida xabar beradi. Cheklangan kompyuter xotirasi va hisoblash quvvati sababli, MHT odatda mumkin bo'lmagan treklarni yangilashni o'chirish uchun ba'zi bir usullarni o'z ichiga oladi. MHT maqsadli harakat modeli juda oldindan aytib bo'lmaydigan holatlarga mo'ljallangan, chunki barcha potentsial treklarning yangilanishlari ko'rib chiqiladi. Shu sababli, erdagi maqsadlarni kuzatish muammolari uchun mashhurdir Havodan erdan kuzatuv (AGS) tizimlari.

O'zaro aloqador bir nechta model (IMM)

IMM - bu MHT yoki JPDAF tomonidan ishlatilishi mumkin bo'lgan taxminchi. IMM parallel ravishda ishlaydigan ikkita yoki undan ortiq Kalman filtrlaridan foydalanadi, ularning har biri maqsadli harakat yoki xatolar uchun har xil modeldan foydalanadi. IMM barcha filtrlar ishlab chiqarishining optimal tortilgan yig'indisini shakllantiradi va maqsadli harakatlarga tez moslasha oladi, MHT yoki JPDAF assotsiatsiyani boshqarishda va parvarishlashni kuzatishda, IMM MHT yoki JPDAF-ga maqsad pozitsiyasining filtrlangan bahosini olishda yordam beradi. .

Lineer bo'lmagan kuzatuv algoritmlari

Lineer bo'lmagan kuzatuv algoritmlari a dan foydalanadi Lineer bo'lmagan filtr o'lchovlar yakuniy yo'l koordinatalari bilan chiziqli bo'lmagan munosabatda bo'lgan, xatolar Gauss bo'lmagan yoki harakatni yangilash modeli chiziqli bo'lmagan vaziyatni engish uchun. Eng keng tarqalgan chiziqli bo'lmagan filtrlar:

  • kengaytirilgan Kalman filtri
  • Xushbo'y Kalman filtri
  • zarrachalar filtri

Kengaytirilgan Kalman filtri (EKF)

The EKF radar o'lchovlari va yo'l koordinatalari yoki yo'l koordinatalari va harakat modeli o'rtasidagi bog'liqlik chiziqli bo'lmagan holatlarni engish uchun Kalman filtrining kengaytmasi. Bunday holda, o'lchovlar va holat o'rtasidagi bog'liqlik h = f (x) shaklida bo'ladi (bu erda h - o'lchovlar vektori, x - maqsad holat va f (.) - ikkalasiga tegishli funktsiya). Xuddi shunday, kelajak holati va hozirgi holat o'rtasidagi bog'liqlik x (t + 1) = g (x (t)) (bu erda x (t) - t vaqtdagi holat va g (.) Funktsiya) shaklida bo'ladi. kelajakdagi holatni bashorat qiladigan). Ushbu nochiziqliklarni boshqarish uchun, EKF, ikkita hadsiz chiziqli tenglamalarni Teylor seriyasi va keyin muammoni standart chiziqli Kalman filtri muammosi sifatida ko'rib chiqadi. Konsepsiya jihatidan sodda bo'lsa ham, tenglama chiziqli bo'lgan davlatning bahosi yomon bo'lsa, filtr osongina ajralib ketishi mumkin (ya'ni asta-sekin yomonroq ishlaydi).

Xushbo'y hidli Kalman filtri va zarracha filtrlari bu tenglamalarni lineerlashtirish muammosini engishga urinishlardir.

Xushbo'y Kalman filtri (UKF)

The UKF o'lchov va holat tenglamalarini lineerlashtirish zarurligini olib tashlash orqali EKF-ni yaxshilashga urinishlar. O'rtacha va kovaryans ma'lumotlarini sigma nuqtalari deb nomlangan nuqtalar to'plami shaklida namoyish etish orqali chiziqlashdan qochadi. Belgilangan o'rtacha va kovaryansiyali taqsimotni ifodalovchi ushbu nuqtalar to'g'ridan-to'g'ri chiziqli bo'lmagan tenglamalar orqali tarqaladi va natijada olingan beshta namunadan yangi o'rtacha va dispersiyani hisoblash uchun foydalaniladi. Keyinchalik, bu yondashuv yomon chiziqli chiziq tufayli divergentsiya muammosiga duch kelmaydi va shu bilan birga EKFning umumiy hisoblash soddaligini saqlab qoladi.

Zarrachalar filtri

The zarrachalar filtri UKFni umumlashtirish deb hisoblash mumkin edi. Filtrdagi xatolarning tarqalishi haqida hech qanday taxminlar mavjud emas va tenglamalarning chiziqli bo'lishini ham talab qilmaydi. Buning o'rniga u ko'plab tasodifiy potentsial holatlarni ("zarralar") hosil qiladi va keyin bu "zarralar bulutini" tenglamalar orqali tarqatadi, natijada zarrachalar chiqishda boshqacha taqsimlanadi. Olingan zarrachalarning taqsimlanishidan keyin o'rtacha yoki dispersiyani hisoblash uchun yoki boshqa har qanday statistik o'lchov talab qilinishi mumkin. Olingan statistika keyingi takrorlash uchun zarrachalarning tasodifiy namunasini yaratish uchun ishlatiladi. Zarrachalar filtri ko'p modali taqsimotlarni boshqarish qobiliyati bilan ajralib turadi (ya'ni PDF bir nechta cho'qqiga ega). Biroq, u hisoblash jihatidan juda intensiv va hozirda real, real vaqtda qo'llaniladigan dasturlarning aksariyati uchun yaroqsiz.[iqtibos kerak ]

Shuningdek qarang

  • Passiv radar - uning ishlashi uchun asosan radar izdoshiga tayanadigan radar shakli
  • Radar - radar tizimlari haqida asosiy maqola
  • Aniqlashdan oldin kuzatib boring - juda kam quvvatli maqsadlarni ko'rish uchun aniqlash va kuzatish jarayonini birlashtirishga yondashuv

Adabiyotlar

Tashqi havolalar