4 -7 (Электронные лекции для РЛ)

1. Объединение информации в радиолокационной системе

1.1. Задачи, решаемые при объединении информации

Задача объединения радиолокационной информации состоит в том, чтобы путем дополнительной обработки данных, полученных от разных источников информации (например, средств активной и пассивной радиолокации, систем активного запроса и ответа, средств нетрадиционной локации), произвести группирование (отождествление) информации, относящейся к каждому отдельному воздушному объекту (ВО), а затем использовать имеющуюся избыточную информацию по некоторым ВО для повышения надежности и точности их сопровождения. Решение задачи объединения информации (третичной обработки информации) в радиолокационной системе возлагается на АСУ.

В результате третичной обработки формируется описание радиолокационной обстановки в зоне ответственности РЛ системы в виде совокупности формуляров. Каждый формуляр отражает характеристики обобщенной трассы ВО, составленной по информации о данном ВО, поступившей от различных сопровождающих его источников.

Задача объединения информации формулируется следующим образом.

Имеется "m" источников информации, зоны обзора которых перекрываются. Каждый i-й источник (i = 1, ..., m) выдает информацию по n_i ВО. Источники независимо друг от друга и от пункта сбора информации производят автономную нумерацию сопровождаемых ВО.
Информация по каждому ВО, поступающая на пункт сбора от нижестоящих источников, содержит следующие данные:

1. i – номер источника информации.

2. j – номер ВО, присвоенный i-м источником.

3. (X_ij , Y_ij , H_ij , V_{x ij} , V_{y ij} , V_{H ij} , t_ij ) – совокупность координат и параметров траектории (составляющие вектора скорости и др.) j-го ВО в системе координат i-го источника и момент времени их "привязки".

4. Корреляционная матрица ошибок оценки параметров Y_ij (в простейшем случае ошибки измерения координат источниками информации).

5. Характеристики j-го ВО по данным i-го источника, в состав которых могут входить: характеристики государственной принадлежности ГП_ij; класс (тип) ВО; состав группового ВО N_ij и т.д.

6. Признаки ВО, полученные в результате предыдущих этапов обработки: признак новизны, характеризующий факт, что j-й ВО только что взят на сопровождение i-м источником; признак маневра ВО, показывающий, что по данным i-го источника j-й ВО совершает маневр; признак потери ВО, показывающий, что по j-му ВО на i-м источнике в текущем обзоре имеет место пропуск отметки и т.д.

Имея в виду перечисленные данные, каждое сообщение о ВО можно представить в виде вектора

J_ij = {X _k ; k = 1Q M},

где X_k – компоненты вектора; M – размерность пространства (число известных координат вектора).

В рассматриваемом M-мерном пространстве будет отображаться все множество отметок, причем отображение имеет приближенный характер из-за ошибок в координатных описаниях отметок от ВО.

РТС в зависимости от их типа или режима работы могут обеспечить лишь определенный набор сведений. Например, 3-х координатная РЛС позволяет получить все три пространственные координаты ВО, тогда как та же РЛС в режиме пеленгации постановщиков АШП может измерить только b и e ПАП. Поэтому источники различного типа могут иметь неодинаковый состав отметки, что создает неудобства в организации обработки РЛИ.

Чтобы избежать этого, вводят унифицированный состав отметки, в который всегда входят все M координат. При этом если по координате X_k сведения отсутствуют, то пользуются, так называемой, пустой координатой (X_kW).

Задача объединения информации на пункте сбора состоит в том, чтобы:

• отобрать и сгруппировать сообщения по каждому ВО, полученные от различных источников; этот этап объединения называется отождествлением (идентификацией) информации;

• найти оценки обобщенных параметров трассы каждого ВО; этот этап называется обобщением отождествленной информации.

Объединенная информация в виде сообщений , где p, N, и X^* _k – номер, размерность и компоненты объединенного сообщения соответственно, используется в дальнейшем в системе управления для оценки воздушной обстановки и целеуказания огневым средствам ВКО.

Часто на пункте сбора РЛИ (на КП) наряду с объединением информации решается задача укрупнения информации для передачи ее на вышестоящие КП. Укрупнение РЛИ состоит в образовании групп ВО с близкими координатами и параметрами движения и в вычислении обобщенных координат и параметров движения каждой из этих групп.

Таким образом, задача третичной обработки в автоматизированной РЛ системе состоит в том, чтобы путем дополнительных преобразований РЛИ, поступающей от нескольких источников в виде сообщений о трассах воздушных объектов, произвести отождествление и обобщение сведений, относящихся к каждому ВО, находящемуся в зоне ответственности РЛ системы.

1.2. Операции, выполняемые в процессе объединения информации

К основным операциям третичной обработки относятся:

1) анализ сообщений на непротиворечивость содержащейся в них информации;

2) приведение поступившей информации к единой системе координат;

3) приведение поступившей информации к единому моменту времени;

4) отождествление информации (сообщений), включающее операции грубого и точного отождествления;

5) обобщение отождествленной информации, т.е. усреднение координат и параметров траектории ВО, сопровождаемых по данным нескольких источников;

6) разрешение конфликтных ситуаций, возникающих при обобщении информации;

7) формирование обобщенных сообщений для выдачи потребителям.

Рассмотрим существо этих операций.

1) Поступающие сообщения о сопровождаемых ВО в первую очередь подвергаются предварительной обработке с целью выявления сбойных сообщений путем проверки значений содержащихся в них информативных признаков на физическую реализуемость и непротиворечивость. Обработка сбойных по физической реализуемости сообщений не производится.

Сравнение координат и составляющих вектора скорости имеет смысл только после приведения сообщений к единому началу отсчета в пространстве и времени.

2) Приведение отождествляемых сообщений к единому началу отсчета в пространстве соответствует пересчету их параметров в систему координат пункта сбора РЛИ. Пересчет производится по обычным формулам преобразования координат в пространстве. Одновременно производится пересчет и корреляционной матрицы ошибок оценки параметров элементарных сообщений.

3) Приведение отождествляемых сообщений к единому началу отсчета во времени осуществляется путем экстраполяции координат и составляющих вектора скорости на очередной (k-й) момент объединения. При этом, независимо от наличия признака маневра, при экстраполяции обычно принимается гипотеза о прямолинейном движении цели. Ввиду того, что скорость изменения координат аэродинамических объектов сравнительно невелика, ошибки экстраполяции при такой гипотезе получаются небольшими, зато рабочий алгоритм существенно упрощается.

4) Рассмотренные операции преобразования параметров сообщений являются предварительными. После их выполнения можно перейти непосредственно к решению задачи отождествления сообщений. Эта задача решается в два этапа: сначала производится грубое отождествление пар сообщений и формирование групп предварительно отождествленных сообщений, а затем – точное отождествление сообщений, отобранных в группы по каждой цели.

Грубое отождествление может осуществляться по одному из критериев в выбранном порядке приоритетов, например, номер траектории и (или) единый номер, координаты и составляющие скорости ВО.

Отождествление по номеру заключается в поиске обобщенной траектории с тем же номером. Первичное отождествление по координатам и составляющим скорости реализуется в случае отрицательного решения при отождествлении по номерам трасс или при невозможности проведения отождествления по номерам трасс.

Отождествление по координатам и составляющим вектора скорости ВО производится путем попарного сравнения координатных и скоростных составляющих сообщений J_ij и J_kl. Очевидно, если сообщения J_ij и J_kl получены от одной и той же цели, то должны выполняться условия

_ Y_ij – Y_kl _ _ DY_доп ; _ V_Yij – V_Ykl _ _ DV_Yдоп ,

где Y_{ij (kl)} и V_{Yij (Ykl)} – сглаженные значения координат и составляющих вектора скорости цели, экстраполированные на момент объединения РЛИ;
DY_доп, DV_Yдоп – допустимые отклонения, определяемые ошибками оценки и экстраполяции координат и составляющих вектора скорости соответственно.

Все сообщения, удовлетворяющие приведенным условиям, объединяются в группу предварительно (грубо) отождествленных сообщений (будем называть ее группой А).

Допустимые отклонения DY_доп и DV_Yдоп выбираются из условия, чтобы вероятность попадания в группу А всех без исключения сообщений, принадлежащих одной цели, была близка к единице. С учетом ошибок предыдущих этапов обработки (первичной обработки, вторичной обработки), а также ошибок преобразования и экстраполяции координат эти допустимые отклонения получаются достаточно большими. Поэтому отобранные группы сообщений могут содержать в своем составе сообщения о нескольких целях. В дальнейшем необходимо анализировать сообщения, отобранные в группу А, с целью их точного отождествления.

Для точного отождествления сообщений группы А могут быть использованы характеристики и признаки, выдаваемые источниками РЛИ, в том числе признаки принадлежности сообщений к источникам информации и нумерация целей в системе этих источников.

Возможное распределение сообщений группы А при использовании признаков принадлежности сообщений к источникам информации может соответствовать одному из следующих вариантов:

а) все сообщения поступили от одного источника;

б) все сообщения принадлежат различным источникам;

в) от нескольких источников поступило одинаковое число сообщений;

г) от нескольких источников поступило неодинаковое число сообщений.

Для варианта а) безусловным является тот факт, что все сообщения, отобранные в группу А, принадлежат различным целям (истинным или ложным) и не подлежат отождествлению, т.к. не может быть двух сообщений, полученных от одного источника по одной и той же цели.

Для варианта б) может приниматься, что все отобранные в группу А сообщения относятся к одной цели (если это не противоречит другим данным).

Для варианта в) общее количество целей в группе А определяется числом сообщений от любого источника (если это не противоречит другим данным).

Для варианта г) считается, что наиболее вероятные данные поступают от источника, от которого в группе А имеется наибольшее число сообщений (если это не противоречит другим данным).

Таким образом, признаки принадлежности сообщений к источникам информации позволяют решать задачу точного отождествления вплоть до образования вариантов группирования элементарных сообщений (сообщений, полученных от отдельных источников) по каждой цели. Для вариантов а) и б) полученные решения являются окончательными. Для других вариантов требуется дальнейшая обработка с целью принятия окончательного решения на отождествление сообщений.

При принятии решений на отождествление сообщений существенную пользу с точки зрения упрощения алгоритмов может дать анализ признаков цели (цель новая, цель маневрирует, цель-постановщик АШП и т.д.). Однако окончательное решение принимается, как правило, на основе анализа функции правдоподобия для возможных вариантов отождествления. Можно показать, что в итоге оптимальное отождествление и привязка сообщений должны производиться по минимуму суммы квадратичных форм, составленных в соответствии с возможными вариантами группирования.