Пристрій фільтрації параметрів траєкторії балістичної цілі та визначення елементів орбіти космічного об’єкта

Реферат: Пристрій фільтрації параметрів траєкторії балістичної цілі та визначення елементів орбіт космічного об'єкта містить блоки вимірювання дальності, азимуту, кута місця, вузол розширеного векторного фільтра Калмана, блок фільтрації, блок лінеаризації, блок визначення коефіцієнта підсилення, блок екстраполяції, блок фільтрації вузла уточнення траєкторних оцінок дальності, блок уточнення прискорення, блок остаточного уточнення прискорення, блок уточнення радіальної швидкості, блок усунення неоднозначності, блок формування уточнених оцінок, блоки вимірювання дальності, азимуту та кута місця вузла оцінки радіальної швидкості за даними режиму когерентної обробки, блок фазометра, блок корелятора, блок оцінки радіальної швидкості, блок остаточної оцінки радіальної швидкості. У вузол розширеного фільтра Калмана додатково введені послідовно з'єднані блок формування уточненого вектора навчальних наближень та блок обчислення параметрів траєкторій БКО. У пристрій додатково введений вузол уточнення кутових швидкостей у складі послідовно з'єднаних блока визначення уточненого значення радіального прискорення та блока уточнення азимутальної та кутомісної швидкостей. UA 107172 U (54) ПРИСТРІЙ ФІЛЬТРАЦІЇ ПАРАМЕТРІВ ТРАЄКТОРІЇ БАЛІСТИЧНОЇ ЦІЛІ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ОРБІТИ КОСМІЧНОГО ОБ'ЄКТА UA 107172 U UA 107172 U 5 10 15 Корисна модель належить до галузі радіолокації і може бути використана для побудови траєкторії балістичної цілі та визначення елементів орбіти космічного об'єкта (КО), уточнення їх параметрів за даними режиму когерентної обробки. Відомий пристрій фільтрації параметрів траєкторії цілі [1], який містить блок вимірювання дальності та вузол розширеного фільтра Калмана у складі послідовно з'єднаних блока фільтрації, блока лінеаризації, блока визначення коефіцієнта підсилення і блока екстраполяції. Даний пристрій реалізує нелінійний алгоритм обробки радіолокаційної інформації в умовах невідповідності вибраної моделі руху цілі її дійсній траєкторії. В ході вторинної обробки отримані в блоці вимірювання дальності поточні значення координат (дальності R, азимуту , кута міста  до цілі) надходять на розширений фільтр Калмана, де здійснюється їх фільтрація відповідно зі співвідношеннями фільтра Калмана на основі лінеаризації нелінійних функцій. Недоліком пристрою є недостатньо висока точність побудови параметрів траєкторії цілі, яка обмежується відносно грубими вимірами координат і використанням кінематичної моделі руху об'єктів [2, С. 10]. Особливо ці недоліки впливають, якщо ціль є балістичною чи космічним об'єктом і знаходиться в зоні огляду радіолокаційної системи (РЛС) обмежений час. Відомий також інший пристрій фільтрації параметрів траєкторії цілі [3], який містить, крім послідовно з'єднаних блока вимірювання дальності і вузла розширеного фільтра Калмана, також вузол уточнення траєкторних оцінок, що складається з послідовно з'єднаних блока 2  (другої похідної дальності), усунення неоднозначності, блока уточнення прискорення R 20 25 30 35 40 45 50 55 блока уточнення швидкості R 1 (першої похідної дальності) і блока формування уточнених оцінок та вузол оцінки радіальної швидкості за даними режиму когерентної обробки, який складається з послідовно з'єднаних блока фазометра, блока корелятора і блока оцінки радіальної швидкості. Пристрій реалізує значно більш ефективний нелінійний алгоритм обробки радіолокаційної інформації в умовах невідповідності вибраної моделі руху цілі її реальній траєкторії за рахунок використання значно більш точних даних режиму когерентної обробки пачечного луна-сигналу з N імпульсів про радіальну швидкість цілі. Недоліком цього пристрою є недостатньо висока точність побудови параметрів траєкторії цілі за дальністю R, що спричинена помилками дискретності вимірювань радіальної швидкості, та можливість (імовірність) наявності грубих помилок за рахунок неврахування вищих похідних дальності під час проведення процедури усунення неоднозначності вимірювань радіальної швидкості за даними режиму когерентної обробки. Найближчим аналогом є пристрій фільтрації параметрів траєкторії цілі [4], якій містить послідовно з'єднані блок вимірювання дальності і вузол розширеного фільтра Калмана, що складається з послідовно з'єднаних блока фільтрації, блока лінеаризації, блока визначення коефіцієнта підсилення і блока екстраполяції, причому виходи блоків визначення коефіцієнта підсилення та екстраполяції з'єднані відповідно з другим і третім входами блока фільтрації; підключеного до входу блока вимірювання дальності вузла оцінки швидкості за даними режиму когерентної обробки у складі послідовно з'єднаних блока фазометра, блока корелятора і блока оцінки радіальної швидкості; підключеного до виходу блока фільтрації вузла уточнення траєкторних оцінок, який складається з блоків усунення неоднозначності, уточнення прискорення, уточнення швидкості і формування уточнених оцінок. Крім того, до вузла уточнення траєкторних оцінок додатково введений блок остаточного уточнення прискорення, а структура вузла складається з послідовно з'єднаних блоків уточнення прискорення, остаточного уточнення прискорення, уточнення швидкості, усунення неоднозначності та формування уточнених оцінок, причому вихід блока остаточного уточнення прискорення додатково з'єднаний з четвертим входом блока усунення неоднозначності та другим входом блока формування уточнених оцінок, а вихід блока фільтрації з'єднаний з першим входом блока уточнення прискорення та третіми входами блоків усунення неоднозначності та формування уточнених оцінок; в вузол оцінки швидкості за даними режиму когерентної обробки додатково введений блок остаточної оцінки радіальної швидкості, послідовно з'єднаний з блоком оцінки радіальної швидкості, причому його вихід з'єднаний з другими входами блоків уточнення прискорення та усунення неоднозначності, при цьому входом пристрою є входи блоків вимірювання дальності та фазометру, а виходом - вихід блока формування уточнених оцінок. Недоліком найближчого аналога є недостатньо висока точність побудови параметрів траєкторії балістичної цілі. Незбурені траєкторії руху балістичної цілі (також КО) в полі тяжіння Землі описуються векторним диференціальним рівнянням другого порядку [5, С.201]. В сферичній системі координат з центром в точці розміщення РЛС маємо систему трьох диференціальних рівнянь руху балістичної цілі або КО другого порядку відносно R0 t 0       - кута місця. Воно задає сімейство кривих другого порядку, дальності,  0 t 0 - азимута,  0 t 0 1 UA 107172 U за якими можливий рух балістичної цілі (також КО). Конкретна крива задається початковими умовами, що є постійними інтегрування системи рівнянь. Постійних інтегрування системи рівнянь, які є параметрами траєкторії балістичної цілі, шість. Як такі параметри вибирають значення координат R 0 t 0 - дальності,  0 t 0 - азимута,  0 t 0 - кута місця та три складових   5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 швидкості змінення цих координат     R 01 t 0  ,  01 t 0  ,    01 t 0  в момент вимірювання t 0 . Вони визначаються розширеним векторним фільтром Калмана і використовуються як навчальне наближення при інтегруванні системи рівнянь. В оточенні цього нульового наближення здійснюється лінеаризація нелінійних функцій. Потім система нормальних рівнянь, отриманих з урахуванням наявності помилок вимірювань, використовується для знаходження оцінок шуканих параметрів траєкторії (орбіт КО) за методом найменших квадратів (МНК) [6, С.141-149]. В основу корисної моделі поставлена задача створити пристрій фільтрації параметрів траєкторії балістичної цілі та визначення елементів орбіт КО, в якому введення нових вузлів та блоків забезпечить усунення вказаного недоліку пристрою-прототипу. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій фільтрації параметрів траєкторії балістичної цілі та визначення елементів орбіт космічного об'єкта, що містить паралельно з'єднані блоки вимірювання дальності, азимуту, кута місця і послідовно з'єднані з ними вузол розширеного векторного фільтра Калмана у складі послідовно з'єднаних блока фільтрації, блока лінеаризації, блока визначення коефіцієнта підсилення, блока екстраполяції, причому виходи блоків визначення коефіцієнта підсилення та екстраполяції з'єднані відповідно з другим і третім входами блока фільтрації; підключеного до виходу блока фільтрації вузла уточнення траєкторних оцінок дальності у складі послідовно з'єднаних блока уточнення прискорення, блока остаточного уточнення прискорення, блока уточнення радіальної швидкості, блока усунення неоднозначності, блока формування уточнених оцінок, причому вихід блока остаточного уточнення прискорення з'єднаний відповідно з другими входами блоків усунення неоднозначності та формування уточнених оцінок, а треті входи цих блоків з виходом блока фільтрації; підключеного до входів блоків вимірювання дальності, азимуту, кута місця вузла оцінки радіальної швидкості за даними режиму когерентної обробки у складі послідовно з'єднаних блока фазометра, блока корелятора, блока оцінки радіальної швидкості, блока остаточної оцінки радіальної швидкості, вихід якого підключений до другого входу блока уточнення прискорення та четвертого входу блока усунення неоднозначності, згідно з корисною моделлю, в пристрої тепер вимірюються усі три координати R ,  ,  , до вузла розширеного векторного фільтра Калмана введені додатково підключені до виходу блока визначення коефіцієнта підсилення та виходу блока формування уточнених оцінок послідовно з'єднані блоки формування уточненого вектора навчального наближення та блок обчислення параметрів траєкторій (елементів орбіт КО) на основі МНК, на виході якого маємо інформацію про цілі. Крім того, додатково введений вузол уточнення кутових швидкостей, який складається з блока уточнення азимутальної та кутомісної швидкостей, вихід якого підключений до другого входу блока формування уточненого вектора навчального наближення, а перший вхід - до виходу блока формування уточнених оцінок, другий вхід - до виходу блока визначення коефіцієнта підсилення, третій вхід - до виходу блока визначення уточнених значень другої похідної дальності R 2  , вхід якого підключений до блока усунення неоднозначності. УТ На кресленні приведено структурну схему запропонованого пристрою. Запропонований пристрій фільтрації параметрів траєкторії балістичної цілі та визначення елементів орбіт КО містить паралельно з'єднані блоки вимірювання дальності 1, азимуту 2, кута місця 3 та послідовно з'єднані з ними вузол розширеного векторного фільтра Калмана 4, вузол уточнення траєкторних оцінок дальності 11, додатковий вузол уточнення кутових швидкостей 20 та паралельно з ними з'єднаний вузол оцінки радіальної швидкості за даними режиму когерентної обробки 15. Вузол розширеного векторного фільтра Калмана 4 складається з послідовно з'єднаних блока фільтрації 5, блока лінеаризації 6, блока визначення коефіцієнта підсилення 7, при цьому виходи блока визначення коефіцієнта підсилення 7 підключені до другого входу блока фільтрації 5, до входу блока екстраполяції 8, вихід якого підключений до третього входу блока фільтрації 5, до входу додаткового блока формування уточненого вектора навчального наближення 9, послідовно включеного з додатковим блоком обчислення параметрів траєкторій балістичних і космічних об'єктів (БКО) 10, вихід якого є виходом пристрою, і до першого входу блока уточнення азимутальної та кутомісної швидкостей 24, що розташованій в вузлі уточнення кутових швидкостей 22, а вихід блока фільтрації 5 з'єднаний відповідно з першим входом блока уточнення прискорення 12 і третіми входами блоків усунення 2 UA 107172 U 5 10 15 20 25 30 неоднозначності 15 та блока формування уточнених оцінок 16, які розташовані в вузлі уточнення траєкторних оцінок дальності 11. Вузол уточнення траєкторних оцінок дальності 11 складається з послідовно з'єднаних блока уточнення прискорення 12, блока остаточного уточнення прискорення 13, блока уточнення радіальної швидкості 14, блока усунення неоднозначності 15 та блока формування уточнених оцінок 16, при цьому вихід блока остаточного уточнення прискорення 13 з'єднаний відповідно з четвертим входом блока усунення неоднозначності 15 та другим входом блока формування уточнених оцінок 16, при цьому вихід блока формування уточнених оцінок 16 підключений до другого входу блока формування уточненого вектора навчального наближення 9, розташованого в вузлі розширеного фільтра Калмана 4, та другому входу блока уточнення азимутальної та кутомісної швидкостей 24, розташованого у вузлі уточнення кутових швидкостей 22. Вузол оцінки радіальної швидкості за даними режиму кореляційної обробки 17 складається з послідовно з'єднаних блока фазометра 18, блока корелятора 19, блока оцінки радіальної швидкості 20, блока остаточної оцінки радіальної швидкості 21, при цьому другий вхід блока корелятора 19 з'єднаний з виходом блока уточнення радіальної швидкості 14; вхід вузла 17 з'єднаний з входом пристрою, а вихід вузла 17 - з другими входами блоків уточнення прискорення 12 та усунення неоднозначності 15, розташованих в вузлі уточнення траєкторних оцінок дальності 11. Вузол уточнення кутових швидкостей 22 складається з послідовно з'єднаних блока визначення уточненого значення радіальної швидкості 23 і блока уточнення азимутальної та кутомісної швидкостей 24, при цьому вхід блока визначення уточненого значення радіальної швидкості 23 з'єднаний з виходом блока усунення неоднозначності 15, розташованого в вузлі уточнення траєкторних оцінок дальності 11, перший вхід блока уточнення азимутальної та кутомісної швидкостей 24 з'єднаний з виходом блока визначення коефіцієнта 7, другій вхід - з виходом блока формування уточнених оцінок 16, а вихід з другим входом блока формування уточненого вектора навчального наближення 9. Входом пристрою є входи блоків вимірювання дальності 1, азимуту 2, кута місця 3 і блока фазометра 18, а виходом - вихід блоку обчислення параметрів траєкторії БКО 10. Робота запропонованого пристрою полягає в наступному. На вхід блока вимірювання дальності, азимуту, кута місця 1 надходять луна-сигнали від цілей, які використовуються для отримання одиночних вимірів дальності R i1 азимуту  i1 , кута місця ,  i1 в моменти часу t i1 , де i1  12,...S . У вузлі розширеного векторного фільтра Калмана 4 здійснюється фільтрація вимірів R i1 , 35 1 2  i1 ,  i1 з отриманням рекурентних оцінок параметрів траєкторій ТР , ТР , ТР ,   R, ,  у відповідності із співвідношенням для розширеного векторного фільтра Калмана [5, С. 355-362], тобто побудова траєкторії БКО з використанням кінематичної модели на момент часу t 0 : 2 ТР t   ТР  1 t  t 0   0,52 t  t 0  , (1) ТР ТР 40 Для балістичних об'єктів визначається третя похідна на основі функціональної залежностей між параметрами балістичної траєкторії [3]: R1  R2  3 RТР  3 ТР ТР , (2) RТР З виходу блока визначення коефіцієнта підсилення 7 інформація про вектор положення R 0 t 0 ,  0 t 0 , 0 t 0   45 та вектор швидкості R   t ,    t ,   t   , 1 0 0 1 0 1 0 0 0 що отримана за результатами згладжування на момент t 0 , надходить на блок формування уточненого вектора навчальних наближень 9. В блоці 9 формується шестивимірний вектор навчального  1 1 1 наближення . На другий вхід блока 9  RНН  R0 t 0 , 0 t 0 , 0 t 0 ,R0 t 0 , 0 t 0 , 0 t 0   надходять уточнені за даними режиму когерентної обробки високоточні вимірювання   50 азимутальної  1 t 0  та кутомісної  1 t 0 швидкості. Вони використовуються для формування УТ УТ шестивимірного уточненого вектора навчального наближення  УТ  УТ 1 1 1 RНН  R0 t 0 , 0 t 0 , 0 t 0 ,R0 t 0 , УТ t 0 , УТ t 0 . Вектор R НН поступає на блок              3 UA 107172 U обчислення параметрів траєкторій БКО 10. Він використовується як початкові умови для вирішення системи диференціальних рівнянь руху БКО [5, С. 201]   R  R sin  , 3  1 1  2 R cos   f R 0 t 0 . 0 t 0 , 0 t 0 , R 01 t 0 ,  УТ t 0 ,  УТ t 0   0 , (3) R cos  ,  1 1  2 R  f R 0 t 0 . 0 t 0 , 0 t 0 , R 01 t 0 ,  УТ t 0 ,  УТ t 0    3 де   398600 км3 с 2 - гравітаційна постійна Землі;  - геоцентричній радіус-вектор  1 1 R 2   fR R 0 t 0 . 0 t 0 , 0 t 0 , R 01 t 0 ,  УТ t 0 ,  УТ t 0       5  точки стояння РЛС. Рішення системи (3) в блоці 10 здійснюється наближено з використанням лінеаризації рівнянь (3) і МНК [6, С. 141-149]. Вихідної інформацією блока 10 є або вектор параметрів траєкторії балістичної цілі 10 15  1 1 1 b1  RБЦ , БЦ , БЦ ,RБЦ , БЦ , БЦ , , або вектор елементів   орбіти космічного об'єкта b 2  a, e, , , i, u. , де  a - велика піввісь, e - ексцентриситет,  аргумент перицентра,  - довгота висхідного вузла, i - нахил, u - аргумент широти. Когерентна обробка пачки луна-сигналів здійснюється у вузлі оцінки радіальної швидкості 17. Для цього в блоці фазометра 18 в межах m-ої когерентної пачки із N імпульсів формуються значення фази сигналів відносно фази зондуючого сигналу (чи сигналу когерентного гетеродину)  i . Отримана функція фаза в часі визначається параметрами руху цілі (дальності на момент часу , першої та другої похідних дальності 1 , 2  ): R0 R t0   2Ri 4 2  R 0  R 1 t i  t m   0,5R 2  t i  t m  . (4) c  - робоча частота РЛС; c - швидкість світла;  - довжина хвилі; i  12,...N . , i  2f де f R 1 Високоточна оцінка радіальної швидкості цілі за даними когерентної обробки R Кm на 20 поточний момент часу t m здійснюється методом кореляційної обробки отриманої функції фази  i . Для цього в блоці корелятора 19 обчислюється значення модуля кореляційного інтегралу  j , як результат порівняння функцій фази  i з набором із J опорних (еталонних) функцій фази з відомими параметрами  25 1 ROЇ j .  2   2  N  1 N j  sin i  OЇЇ j    cos i  OЇЇ j  ; (5)  N  i1   i1  4 2 1 2 OЇЇ j   R OЇ j t i  t m   0,5R ТРóm t i  t m  ; j  1,2,...J ,  де R 2 óm - поточні оцінки радіального прискорення після уточнення в блоці 14 на m-ому ТР   1 кроку в момент часу tm . За первинні високоточні оцінки радіальної швидкості R Km за даними режиму когерентної обробки приймаються параметри тієї r-ої опорної функції, при порівнянні з якими отримане максимальне значення кореляційного інтегралу  j   max : 30 1 1 RKm  ROЇ r . (6) Пошук максимуму кореляційного інтегралу  j здійснюється з дискретністю, яка не перевищує розмір області високої кореляції функції неузгодженості когерентної пачки імпульсів R1 на рівні - 3 Дб. Він дорівнює [7]   2TЇ   2NTÑË , (7) по радіальній швидкості R1 35 де TЇ , TÑ Ë - тривалість пачки імпульсів і період слідування імпульсів в пачки відповідно.  Діапазон однозначного вимірювання радіальної швидкості  R 01 в режимі когерентної обробки пачечного луна - сигналу складає [7] 4 UA 107172 U  R01   2TÑË . (8)  Мінімальне число опорних функцій R 01 R 1  N має місце, коли крок опорних функцій дорівнює розрізнювальній спроможності пачки по радіальній швидкості R1 . Первинні 1 високоточні оцінки радіальної швидкості RKm  R1 за даними режиму когерентної обробки OЇ r 5 формуються в блоці 20. Вони відповідають оцінкам максимального правдоподібності (ОМП) 1 (RKm )  R1 при величині дискрета R1 . ÎÌÏ OЇ r Так як помилки дискретності розподілені за рівномірним законом, то середньоквадратичні 1 відхилення (СКВ) помилки дискретності оцінки (RKm )  R1 при величині кроку R1 ÎÌÏ 1 10 OЇ r 1 дорівнюють  D  R 2 3 . (9) Їх зменшення здійснюється в блоці остаточної оцінки радіальної швидкості 21, в якому ОМП уточнюються методом трикрапкової інтерполяції   ˆ 1 ˆ 1 (RKm ) ÎÏ 2  RKm ÎÌÏ  0,5R 1   max 1   max 1 , (10)  max 1  2 max   max 1 де  max значення максимуму модуля кореляційного інтегралу та двох сусідніх  max 1 15 зліва та  max 1 - справа, відповідно. Отримані в ході траєкторної обробки оцінки похідних дальності уточнюються L вимірами ˆ 1 ( (RKm ) 2 за даними когерентної обробки, які надходять для цього з виходу блока 21 на другі ÎÏ входи блоків 12 і 15. Спочатку уточнюється радіальне прискорення R 2  (ступінь кривизни TP 20 функції R TP чи кут нахилу функції R 1 ) в блоці 12. Для цього здійснюється кореляційна TP обробка різницевої функції 2 1  ˆ 1 Rm  [ RKm 2  Km  R01 ]  [R1  R2 t m  t 0  0,5R3 t m  t 0 ] , (11) TP TP TP    ÎÏ де K m     - ціле число інтервалів однозначності  R 01 радіальної швидкості. Проводиться пошук значення R 2  , яке забезпечує максимум коефіцієнта кореляції Q d . ÎÏ md Qd    ˆ   R1 2  1 L    OÏ exp j2 Km 1  RÎÏ2md   , (12)   L m1      R0 ˆ 1 (RKm )ÎÏ 2 на інтервалі спостереження за ціллю ˆ 1 TL  t L  t1 , t L , t1 - моменти L-ого та першого вимірювань (RKm )ÎÏ 2 , відповідно. Крок де L - кількість вимірювань 25 пошуку максимуму дорівнює 2  RL  R01 . (13)  2TL 2 За первинні оцінки радіального прискорення (R m  ) приймаються параметри тієї d-ої ÎÌÏ опорної функції, якій відповідає максимальне значення кореляційного інтегралу 30 max Q d : d 2 2 ( R m  ) ÎÌÏ  R OÏmd . (14) Qmax  2  2   Число опорних функцій R 2  дорівнює M1  R max R L2  , де R max ÎÏmd максимальне можливе значення радіального прискорення цілі. В додатково введеному блоці 35 остаточного уточнення прискорення 13 уточнюються методом трикрапкової інтерполяції 5 ОМП прискорення 2 2 ( R m  ) ÎÌÏ  R OÏmd UA 107172 U  ˆ 2 ˆ 2 ( R m  ) ÎÏ 2  R m   ÎÌÏ   0,5RL2   Qmax 1  Qmax 1 , (15) Qmax 1  2Qmax  Qmax 1 де Qmax - значення максимуму модуля кореляційного інтегралу та двох сусідніх Qmax 1 зліва та Qmax 1 - справа відповідно. ˆ 2 (Rm  )ÎÏ 2 ˆ 1 використовується для розрахунку поправки до оцінки радіальної швидкості цілі (RKm ) 2 . На наступному етапі в блоці 14 уточнена оцінка радіального прискорення 5 ÎÏ Відповідна поправка розраховується за співвідношенням: L 1 R Ó 1 R 0  arctg 2  sin  m 1 L , (16)  cos  m 1   10 m    R   ˆ R   ˆ 1  RKm де m  2 m ÎÏ 2 1 0 2 m ÎÏ 2  t m  t 0  .    радіальної швидкості за даними режиму когерентної обробки    1 2 ˆ 2  R 1  R Ó  (R TPm  R m  K m  E  TPm   15  ˆ 2 На наступному етапі поправки до першої  R 1 та другої Rm  2 похідних дальності Ó ÎÏ використовуються для усунення неоднозначності високоточних вимірювань радіальної швидкості, отриманих за даними режиму когерентної обробки. Для цього в блоці усунення неоднозначності 15 визначається кількість інтервалів однозначності K m в вимірюваннях ÎÏ 2  ˆ R   1 Km ÎÏ 2   2 3 ˆ 1 )t m  t 0   0,5R TPm t m  t 0   RKm 1 R 0 ÎÏ 2 1  , 2  (17) 1 2  E - ціла частина числа  , RTPm ; RTPm - значення оцінок похідних дальності,  отриманих в ході траєкторної обробки в блоці фільтрації 5 на момент часу t m . З виходу блока де усунення неоднозначності 15 на вхід блока формування уточнених оцінок 16 надходить значення радіальної швидкості R 1 . В блоці 15 визначення кількості інтервалів однозначності TPmУ 20 K m здійснюється з урахуванням вищих похідних дальності. В блоці 16 остаточно уточнюються траєкторні оцінки похідних дальності 2 ˆ 2 . (18) R 1  R 1  R 1  K  R 1 ; 2 TPm Ó TPm Ó m 0   RTPmÓ  RTPm  Rm ÎÏ 2 У роботі [6, С. 120] встановлено, що додаткове використання високоточних вимірювань 25 радіального прискорення R 2  дозволяє підвищити точність вимірювання кутових швидкостей. УТ Тому в пристрій додатково введений вузол уточнення кутових швидкостей 22. Високоточне вимірювання радіального прискорення R 2  здійснюється в блоці визначення уточненого УТ значення радіального прискорення 23. Для цього на його вхід надходять високоточні вимірювання радіальної швидкості R (1) з виходу блока усунення неоднозначності 15, які ТРmУ згладжуються в блоці 23 лінійним фільтром Калмана. З виходу блока 23 високоточне 30 вимірюване радіальне прискорення R(2УТ) надходить на третій вхід блока уточнення азимутальної та кутомісної швидкостей 24, на другій вхід з виходу блока формування уточнених оцінок 16 надходить останнє не уточнене значення радіальної швидкості R( 2 ) , яке отримане ТРS без використання даних режиму когерентної обробки, а на перший - значення дальності R0 ( t s ) , кута місця 0 ( t s ) , азимутальної  (01) ( t s ) , кутомісної  (01) ( t s ) швидкостей, отриманих на 35 момент часу t s , що відповідає останньому номеру вимірювання координат цілі S . 6 UA 107172 U  RÓÒ (і кореляційної матриці його похибок) здійснюється  шляхом заміни оцінок кутових швидкостей  (1) ( t s ) ,  (1) ( t s ) в складі вектора R HH на оцінки 0 0 Формування уточненого вектора 1) 1)  (УТ ,(УТ , які обчислюють за формулами [6, С. 120]    , (19)   R cos    R  R  , (20)   4R   p p   , (21)       1  cos    p p  4R   p p      4R   p p   , (22)       1    p p  4R   p p cos     де       - дисперсії уточнених оцінок  , .У виразах (19)… (22) введені ,  1 4m 1)  2 2) (УТ  (01) 1  4m01R0 cos2 0 2 (01) R(УТ)  R(ТРS 5 (1) УТ 2 1 0 (1) 0 (1) УТ 2 2 0 2 (1) 0 0 (1) 0 4 0 2 (1) УТ 2 (1) 0 ( 2) 0 1 2 2 позначення: 10 (1) ÓÒ 2 1 0 2 (1) 2 0 0 1 1 (1) 2 0 (1) 2 0 1 0 0 4 2 0 (1) УТ (1) ÓÒ (1) УТ      4R   cos    , (23) p   R    / R     , (24)  p         , (25)  p         , (26)  де       - постійні, що враховують можливі систематичні помилки  ,  2 2 2 m0  2 R(УТ)   / R3 2 0   4R0 (01) 2 2 2 2 3 ( 2) УТ 0 2 (1) 0 2 2 (1) 0 2 1 2 2 15 (1) 2 C ( 2) C 1 2 2 1/ 2 ( 2) ТРS ( 2) УТ 2 0 1/ 2 (1) 2 (1) 2 2 0 (1) 2 0 4 2 0 (1) 0 1 2 0 1 1 (1) (1) (1) (1) і  при оцінюванні  (1) , (1) шляхом згладжування вимірювань відповідних кутів. 0 0 Оцінимо кількісно вплив точності оцінки R(2УТ) на точність оцінок кутових швидкостей. Виграш B , який забезпечує додатковий вузол уточнення кутових швидкостей 22 при визначенні (1) можливо оцінити, якщо використати вираз (22). Отримаємо р р  Пр 0р2  Ар0р1 , (27)  1 2 р1р2  Пр 0Р2 дисперсії кутомісної швидкості B(1)  20     2 (01) 1) 2 (УТ де параметр прольоту   2 2 П  4R0 (01) cos4 0 , (28) а параметр атаки   2 2 A  4R0 (01) . (29)     Для атакуючої цілі (1)  0, (1) 0 , тому П  0 и вираз (27), якщо  2  (1)   2  (1) , має 0 0 C 25 вигляд АТАК B(1)  1  А         2 (1) 2 р0 р0 1 2  0 , (30)  1  4 R0 (01)  1  4 R0 (C ) 2 р2 р2 2 R(УТ) де  2  (1) - дисперсія помилки оцінки кутомісної швидкості цілі, отримана за результатами 0 згладжування вимірювань при супроводу цілі, 30   2  2 R (УТ) - дисперсія оцінки радіального прискорення після згладжування високоточних вимірювань радіальної швидкості за даними режиму когерентної обробки. З аналізу виразу (30) маємо наступне: ВАТАК в точності визначення дисперсії кутомісної швидкості істотно залежить від значення кутомісної швидкості цілі R 0 (1) в км/с; 1. Виграш 7 UA 107172 U     2. Другий параметр, від якого залежить цей виграш, це  2 (1) /  2 R ( 2 ) - відношення 0 УТ дисперсії помилки оцінки кутомісної швидкості цілі, що отримані за результатами згладжування вимірювань в режимі супроводу, до дисперсії оцінки радіального прискорення, отриманої в блоці 23. 5   Дисперсія кутомісної швидкості цілі  2  (1) визначається виразом [6, С.120;8, С 315] 0 122  , (31) 2 S S2  1 T0   2 (01)  де    2 - дисперсія поодиноких помилок вимірювання кута місця, T0 - період надходження  вимірювань координат.-Аналогічно дисперсія оцінки радіального прискорення, отриманого в блоці 23, дорівнює 12 R  , (32)  R   LL  1T де  R  - дисперсія поодиноких помилок вимірювання радіальної швидкості за даними 2 10 2 ( 2) 0 2 (1) 2 2 0 (1) режиму когерентної обробки. Якщо S  L , вираз (30) трансформується до вигляду  АТАК 1 B (1)  1  4 R 0 (C )  2 0  . (33)  2 R (1)  2   Розглянемо приклад РЛС з робочою довжиною хвилі 15   1 м, періодом слідування зондувальних сигналів TСЛ  40,96 мс, розміром антени, що забезпечує вимірювання кута місця з середньоквадратичною помилкою (СКП) вимірювання    10 кутових хвилин. Тоді дисперсія поодиноких вимірювань кута місця є 2  2  8,46  10 6 рад . Дисперсія поодиноких  помилок вимірювання радіальної швидкості за даними режиму когерентної обробки дорівнює       2 2  2 R (1)  ИОН R (1)  ШАП R (1) , (34) 20 де   2 ИОН R (1) складова, яка обумовлена   флуктуаціями фази через наявність 2 неоднорідностей в іоносфері,  ШАП R (1) - складова, яка обумовлена наявністю шумових і апаратурних помилок. Частота Доплера пов'язана з радіальною швидкістю цілі співвідношенням FD  2R (1) /  , (35) 25 а фаза сигналу  з частотою Доплера   2FD TСЛ . (36) З урахуванням (35) і (36) дисперсія поодиноких помилок вимірювання радіальної швидкості, яка обумовлена флуктуаціями фази через наявність неоднорідностей в іоносфері, дорівнює  2 ИОН де 30 2 2     , (37)   2  4  Т СЛ 2 - дисперсія флуктуацій фази, обумовлених наявністю неоднорідностей в іоносфері. В  роботі [9, С 344] встановлено, що СКП флуктуацій фази, яка обумовлена наявністю неоднорідностей в іоносфері, дорівнює    2  рад, тобто 2  39,44 рад , а в роботі [10],  що СКП, яка обумовлена шумовими і апаратурними помилками, для РЛС метрового діапазону-3 2 м/с, тобто Для РЛС з 35     2 2 ШАП R(1)  9 (м/с) .   1 м та Т СЛ  40,96 мс маємо 2  2 ИОН 39,44  1  2    149,13 (м/с) , 2 6  4  ( 40,96)  10 а  2 R(1)  158,13 (м/с) . Тепер вираз (33) має вигляд 2   2 АТАК 1 B(1)  1  R0 (C )  0.21 106 . (38) 8 UA 107172 U В таблиці 1 наведені виграші як для дисперсії АТАК B(1) визначення АТАК B(1) , так і для СКП кутомісної швидкості цілі в залежності від кутомістної швидкості R 0 (1) в км/с. Таблиця 1 Виграші для дисперсії АТАК АТАК B(1) і для СКП B(1) визначення кутомісної швидкості цілі R0 (1) км/с 1 2 3 4 5 6 6,5 АТАК B(1) 1,21 1,84 2,89 4,36 6,25 8,56 9,92 1,1 1,36 1,7 2,09 2,5 2,93 3,15 АТАК B(1) 5 За даними таблиці 1 слідує, що має місце помітний виграш в визначенні кутомісної швидкості. Виграш B , який забезпечує додатковий вузол уточнення кутових швидкостей 22 при визначенні дисперсії азимутальної швидкості (21). Отримаємо 10 B(1) (1) можливо оцінити, якщо використати вираз      2 (01) р р  Ар 0р1  Пр 0р 2 . (39)  2 (1)  1 2 р1р 2  Ар 0р1  УТ Для цілі, що пролітає, 1 (01)  0, (С ) 0 , тому А  0 і вираз (39), якщо вигляд BПРОЛ  1  П ( 1)   15 25 30 35         R  , (40) 2 2 2 (1) 0 ( 2) УТ  де  2  01 - дисперсія помилки оцінки азимутальної швидкості цілі, яка отримана за результатами згладжування вимірювань при супроводу цілі. З аналізу виразу (40) слідує, що в даному випадку виграш 20  2 р0 р0 1  1  4 cos4 0 R0 (01)  1  4 cos4 0 R0 (C ) р1 р1    2  (01)   2  (1) , має BПРОЛ додатково залежить від кута місця цілі. Для малих кутів місця, (1) коли cos 0 незначно відрізняється від одиниці, значення виграшу мало відрізняються від наведених в таблиці 1. Для кутів місця ≥ 45 кутових градусів виграш практично відсутній. На вихід пристрою видаються вектор параметрів траєкторії балістичної цілі або вектор елементів космічного об'єкта, які уточнені більш точними даними режиму когерентної обробки, тобто більш точні дані режиму когерентної обробки дозволяють підвищити точність оцінки параметрів траєкторій та елементів орбіт балістичних і космічних об'єктів. Послідовність включення в роботу окремих блоків пристрою та їх взаємодія визначається сіткою керуючих і синхронізуючих імпульсів, які "прив'язані" до сітки частот синхронізатора РЛС (вузол синхронізації і керування на схемі пристрою не показаний). Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі, полягає в підвищенні точності оцінок параметрів траєкторії балістичної цілі (елементів орбіт КО) за рахунок уточнення кутових швидкостей уточненими значеннями другої похідної дальності R$, отриманих за рахунок згладжування високоточних оцінок радіальної швидкості за даними режиму когерентної обробки. Джерела інформації: 1. Фарина А., Студер Ф. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей. /Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1993. – С. 199. 2. Жданюк Б.Ф. Основі статистической обработки траекторніх измерений /Б.Ф. Жданюк. - М.: Сов. Радио. - 1978. - 384 с. 3. Орехов С.В., Піскунов С.М.,Челпанов В.В., Акулінін Г.В. Патент на корисну модель "Пристрій фільтрації параметрів траєкторії цілі" 52485. Бюл. № 16,2010 р. 4. Андреев Ф.М., Меленті Є.О., Рибалка Г.В., Статкус А.В., Челпанов А. В. Патент на корисну модель № 93389 "Пристрій фільтрації параметрів траєкторії цілі" //Харківський 9 UA 107172 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба. Зареєстровано в Державному реєстрі патентів України на корисні моделі 25.09.2014, Бюл. № 18. 5. Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации /С.З. Кузьмин. - М: Сов. Радио. - 1974. – 432 с. 6. Саврасов Ю.С. Алгоритмы и программы в радиолокации. - М.: Радио и связь, 1985. – 216 с. 7. Андреев Ф.М., Статкус А.В. Потенциальные возможности корреляционной обработки пачечных когерентных радиолокационных сигналов в координатах первых трех производных дальности цели //Сб. науч. трудов 2-го Международного радиоэлектронного форума "Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития". - Харьков. - Т. 2. - 2005. С. 147-150. 8. Кузьмин С.З. Цифровая цифровая обработка радиолокационной информации /С.З. Кузьмин. – М.: Сов. Радио, 1967. - 400 с. 9. Радиоэлектронные системы, Основы построения и теория. Справочник/ Пол ред. Проф. Я.Д. Ширмана. М.: ЗАО "МАКВИС", 1998. - 826 с. 10. Андреев Ф.М. Оценка точности измерения радиальных скорости и ускорения цели по данным системы когерентной обработки РЛС /Ф.М. Андреев. А.В. Статкус //Системы управления, навигации та зв'язку, Київ, 2012, вип… 4 (24). - С. 17-24. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій фільтрації параметрів траєкторії балістичної цілі та визначення елементів орбіт космічного об'єкта, що містить паралельно з'єднані блоки вимірювання дальності, азимуту, кута місця і послідовно з'єднані з ними вузол розширеного векторного фільтра Калмана у складі послідовно з'єднаних блока фільтрації, блока лінеаризації, блока визначення коефіцієнта підсилення, блока екстраполяції, причому виходи блоків визначення коефіцієнта підсилення та екстраполяції з'єднані відповідно з другим і третім входами блока фільтрації; підключеного до виходу блока фільтрації вузла уточнення траєкторних оцінок дальності у складі послідовно з'єднаних блока уточнення прискорення, блока остаточного уточнення прискорення, блока уточнення радіальної швидкості, блока усунення неоднозначності, блока формування уточнених оцінок, причому вихід блока остаточного уточнення прискорення з'єднаний відповідно з другими входами блоків усунення неоднозначності та формування уточнених оцінок, а треті входи цих блоків з виходом блока фільтрації; підключеного до входів блоків вимірювання дальності, азимуту, кута місця вузла оцінки радіальної швидкості за даними режиму когерентної обробки у складі послідовно з'єднаних блока фазометра, блока корелятора, блока оцінки радіальної швидкості, блока остаточної оцінки радіальної швидкості, вихід якого підключений до другого входу блока уточнення прискорення та четвертого входу блока усунення неоднозначності, який відрізняється тим, що у вузол розширеного фільтра Калмана додатково введені послідовно з'єднані блок формування уточненого вектора навчальних наближень та блок обчислення параметрів траєкторій БКО, причому перший вхід блока формування уточненого вектора навчальних наближень підключений до виходу блока визначення коефіцієнта підсилення, його другий вхід до виходу блока формування уточнених оцінок, а у пристрій додатково введений вузол уточнення кутових швидкостей у складі послідовно з'єднаних блока визначення уточненого значення радіального прискорення та блока уточнення азимутальної та кутомісної швидкостей, причому вхід блока визначення уточненого значення радіального прискорення з'єднаний з виходом блока усунення неоднозначності, перший вхід блока уточнення азимутальної та кутомісної швидкостей з'єднаний з виходом блока формування уточнених оцінок, другий його вхід - з виходом блока формування уточненого вектора навчальних наближень, а вихід блока уточнення азимутальної та кутомісної швидкостей підключений до третього входу блока формування уточненого вектора навчальних наближень, при цьому входом пристрою є входи блоків вимірювання дальності, азимуту, кута місця та фазометра, а виходом - вихід блока обчислення параметрів траєкторій БКО. 10 UA 107172 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11