Адаптивний пристрій фільтрації параметрів траєкторії маневруючої цілі

Адаптивний пристрій фільтрації параметрів траєкторії маневруючої цілі, що містить фільтр Калмана 2-го порядку, фільтр Калмана 3-го порядку і комутатор, який відрізняється тим, що додатково введені блок формування вибірки, блок корегування кореляційної матриці помилок (КМП) вимірювань у складі послідовно з'єднаних першого блока оцінювання середнього, першого блока оцінювання КМП фільтрації і блока розрахунку КМП вимірювань, блок виявлення і оцінювання інтенсивності маневру у складі послідовно з'єднаних другого блока оцінювання середнього, порогового блока і блока оцінювання інтенсивності маневру, а також блок оцінювання КМП маневру у складі послідовно з'єднаних другого блока оцінювання КМП фільтрації і блока розрахунку КМП маневру, причому перший вихід фільтра Калмана 2-го порядку з'єднаний з другими входами фільтра Калмана 3го порядку і комутатора, другий та третій виходи U 2 19892 1 3 19892 інтенсивності маневру і параметрами настройки фільтра. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, обраним як прототип, є "Адаптивний пристрій супроводження маневруючих цілей" [2, с.163], який реалізує алгоритм оцінювання параметрів траєкторії цілі і врахування динамічних помилок, викликаних маневром цілі. Пристрій включає фільтр Калмана 2-го порядку, фільтр Калмана 3-го порядку, набір з N узгоджених фільтрів, а також пороговий блок і комутатор. В даному пристрої у фільтрі Калмана здійснюється рекурентна обробка послідовності вимірів, що надходять, з оцінюванням параметрів траєкторії цілі. Поточні значення помилок фільтрації надходять до N фільтрів, узгоджених з набором значень характеристик маневру. Далі здійснюється аналіз вихідних сигналів фільтрів для виявлення маневру та оцінювання його характеристик. При виявленні маневру здійснюється переключення на фільтр Калмана 3-го порядку, в якому враховується можливе значення прискорення маневру цілі. Недоліком даного пристрою є громіздкість схеми, і відповідно, значний обсяг обчислень. Крім того, не враховується можливість змінення (погіршення) точністних характеристик вимірювального тракту, наприклад, у випадку групової (складної) цілі недостатньо точно оцінюються характеристики маневру. Відповідно не корегуються (не уточнюються) КМП вимірювань і маневру та недостатньо компенсуються помилки екстраполяції і фільтрації. В основу корисної моделі поставлена задача створити такий адаптивний пристрій фільтрації параметрів траєкторії маневруючої цілі, в якому введення блоку формування вибірки, блоку корегування КМП вимірювань, блоку виявлення і оцінювання інтенсивності маневру і блоку оцінювання КМП маневру дозволить забезпечити по результатах аналізу поточних помилок фільтрації оцінювання точністних характеристик вимірювального тракту, виявлення і оцінювання характеристик маневру цілі. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в пристрої [2], який містить фільтр Калмана 2-го порядку, фільтр Калмана 3-го порядку, набір з N узгоджених фільтрів, пороговий блок і комутатор, додатково введені блок формування вибірки, блок корегування КМП вимірювань у складі послідовно з'єднаних першого блоку оцінювання середнього, першого блоку оцінювання КМП фільтрації і блоку розрахунку КМП вимірювань. Блок виявлення і оцінювання інтенсивності маневру у складі послідовно з'єднаних другого блоку оцінювання середнього, порогового блоку і блоку оцінювання інтенсивності маневру, а також блок оцінювання КМП маневру у складі послідовно з'єднаних другого блоку оцінювання КМП фільтрації і блоку розрахунку КМП маневру. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі, полягає у тому, що точність оцінки параметрів траєкторії цілі підвищується за рахунок уточнення статистичних 4 характеристик поточних помилок вимірювань і відповідного корегування КМП вимірювань, КМП оцінювання і коефіцієнта підсилення фільтру, тим самим підвищується точність побудови траєкторії при зміні (збільшенні) помилок вимірювання, наприклад, при супроводженні групових (складних) і маневруючих цілей. На Фіг. приведена структурна схема запропонованого пристрою. Запропонований пристрій містить фільтр Калмана 2-го порядку, фільтр Калмана 3-го порядку, комутатор, блок формування вибірки, а також блок корегування КМП вимірювань у складі послідовно з'єднаних першого блоку оцінювання середнього, першого блоку оцінювання КМП фільтрації і блоку розрахунку КМП вимірювань; блок виявлення і оцінювання інтенсивності маневру у складі послідовно з'єднаних другого блоку оцінювання середнього, порогового блоку і блоку оцінювання інтенсивності маневру, а також блок оцінювання КМП маневру у складі послідовно з'єднаних другого блоку оцінювання КМП фільтрації і блоку розрахунку КМП маневру. Перший вихід фільтру Калмана 2-го порядку з'єднаний з другими входами фільтру Калмана 3го порядку і комутатор у, другий та третій виходи фільтру Калмана 2-го порядку з'єднані з другим та третім входами блоку формування вибірки, четвертий вихід фільтру Калмана 2-го порядку з'єднаний з другими входами блоку розрахунку КМП вимірювань і блоку розрахунку КМП маневру, вихід фільтру Калмана 3-го порядку з'єднаний з першим входом комутатору, перший вихід блоку формування вибірки з'єднаний з входами першого блоку оцінювання середнього і першого блоку оцінювання КМП фільтрації, другий вихід блоку формування вибірки з'єднаний з входом другого блоку оцінювання середнього і другим входом другого блоку оцінювання КМП фільтрації, вихід блоку розрахунку КМП вимірювань з'єднаний з другим входом фільтру Калмана 2-го порядку, вихід блоку оцінювання інтенсивності маневру з'єднаний з третім входом фільтру Калмана 3-го порядку, вихід блоку розрахунку КМП маневру з'єднаний з четвертим входом фільтру Калмана 3-го порядку, вихід другого блоку оцінювання середнього додатково з'єднаний з першим входом другого блоку оцінювання КМП фільтрації і другим входом блоку оцінювання інтенсивності маневру, ви хід порогового блоку додатково з'єднаний з третім входом комутатору, входом пристрою є суміщений вхід фільтрів Калмана 2-го та 3-го порядків і блоку формування вибірки, а виходом пристрою є вихід комутатору. Робота запропонованого пристрою полягає у наступному. При супроводженні цілі на вхід пристрою надходять виміряні значення координат цілі у(,) в кожному і-му такті роботи РЛС. На ділянці без маневру траєкторія цілі може бути представлена у вигляді поліному 1-ої степені: & x(i) + x 0 + x(t i - t 0 ) (1) , & - оцінювані параметри траєкторії (коде x0, x ординати та швидкості) на момент часу t 0. 5 19892 Найбільшу точність оцінок параметрів траєкторії цілі в цьому випадку дає обробка в лінійному фільтрі Калмана 2-го порядку [1]. В цьому фільтрі здійснюються перетворення вигляду: ˆ x(i ) = x e(i) + K (i) y( i) - Hx e(i) ; [ ] ˆ xe( i) = Fx(i -1); K( i) = 6 В першому блоці оцінювання КМП фільтрації здійснюється вибіркове незміщене оцінювання КМП фільтрації: yZ1K = k k 1 1 å Z1(i ) - Mk [Z1] Z1( i) - Mk [Z1] T = N - 1 å y Z1(i ) N -1 i = k -N+1 i = k -N+1 . { Значення y( i)HTR(-i1; ) [ y (i) = y e( i) - y e(i )HT Hy e(i )HT + R(i ) ] (2) -1 Hy e(i ); T y e( i) = Fy (i-1)F , ˆ x де (i) - оцінка вектору параметрів на поточний момент часу tі; Xе(і) - екстрапольоване значення параметру; K(і) - коефіцієнт підсилення фільтру; Z(i) = y(i) - Hx e(i) - значення нев'язки (помилки фільтрації); Н - матриця відповідності між значеннями вимірюваних і оцінюваних параметрів; F, F - відповідно, матричні оператори екстраполяції і перерахунку КМП екстраполяції (вони звичайно співпадають); y (i ) - КМП оцінки параметрів; y e( i) - КМП екстраполяції; R(i) - КМП вимірювань. ˆ x Отримані оцінки параметрів траєкторії (i) і y КМП (i ) крізь комутатор надходять на вихід пристрою. В ході обробки використовуються апріорні дані про помилки виміру (КМП вимірів або дисперсії). Однак статистичні характеристики погрішностей виміру в процесі супроводження цілей можуть змінюватися, наприклад, під впливом завад або якщо ціль групова (складна). Це призводить до неточного опису параметрів КМП вимірів і КМП оцінки параметрів та неоптимальності обробки, тобто до збільшення погрішностей при оцінюванні параметрів траєкторії. У зв'язку з цим виникає необхідність визначення характеристик погрішностей виміру в ході супроводження цілі і відповідної корекції КМП. Для визначення і уточнення статистичних характеристик погрішностей виміру в пристрої використовуються складові текущи х помилок фільтрації на виході фільтру Калмана 2-го порядку, які виділяються в блоці формування вибірки. ˆ Z1(i) = y(i) - H xe(i) (3) . Це можна зробити, тому що зміна помилок вимірів проявляється в зміні помилок фільтрації (значень нев'язок). Статистичні характеристики погрішностей вимірів оцінюються в блоці корегування КМП вимірювань. Для цього в першому блоці оцінювання середнього в межах "ковзного вікна" розміром N визначається вибіркове середнє значень вектору нев'язки Z1: 1 k Mk [Z1] = (4) å Z1 N i=k -N+1 (i) . }{ } (5) y Z 1( i) визначаються поточними веy личинами КМП оцінки параметрів траєкторії (i ) та КМП вимірювань R(і): y Z 1( i) = y (i) + R (i) (6) . Далі на основі (5) і (6) в блоці розрахунку КМП вимірювань формується емпірична оцінка для КМП вимірів для моменту часу t k: R( k) = k 1 é N -1 ù å êy Z1(i) - N Hy(i )HT ú N -1 i= k-N+1 ë û. (7) Отримані значення Mk[Z1] і R(k) надходять на фільтр Калмана, де використовуються для корегування КМП вимірювань і КМП оцінювання параметрів (2). Тим самим підвищується точність оцінювання параметрів траєкторії і ефективність супроводження цілі. У блоці виявлення і оцінювання інтенсивності маневру та блоці оцінювання КМП маневру здійснюється виявлення маневру цілі та оцінювання його характеристик - інтенсивності маневру та КМП маневру. Це необхідно для адаптивного корегування екстрапольованих значень і КМП оцінки параметрів траєкторії. При наявності маневру цілі з'являється складова збурювань W(і) в рівнянні стану об'єкту (траєкторії цілі): x(i ) = Fx (i-1) + ГW( i) (8) , де W(i) - вплив, який збурює, характеризуємий, зокрема, інтенсивністю маневру g; Г - перехідна матриця збурювань. Значення інтенсивності маневру g розподілено за нормальним законом зі середнім g і коре y ляційною матрицею g . Маневр цілі призводить до збільшення поточних помилок фільтрації, зокрема, складової нев'язки: ˆ Z2( i) = x (i) - x e(i) (9) . Для виявлення маневру цілі можна використовувати вибіркове середнє значення нев'язки M[Z2] в "ковзному вікні" розміром N: 1 k (10) å Z2 N i=k -N+1 ( i) Вибіркове значення нев'язки формується у другому блоці оцінювання середнього. Далі в пороговому блоку здійснюється порівняння з порогом: Mk [Z 2 ] ³ Z пор (11) . Величина порогу виявлення обирається виходячи з заданих значень ймовірності правильного виявлення і хибної тривоги. При цьому враховується, що значення Mk[Z2] підпорядковується нецентральному c2-розподілу з r*N ступенями свободи, Mk [Z 2] = 7 19892 де r - розмірність вектору вимірювань, а N - розмір вибірки [1]. Далі у блоку оцінювання інтенсивності маневру здійснюється оцінювання інтенсивності маневру. Для лінійного фільтру можна записати [3]: 2 TN g (12) 12 , де TN - інтервал накопичення вибірок при усередненні; j(A, N) - функція усереднення; Mk [Z 2 ] = j( A ,N) ( AN - 1)2 + 1- 2(1 - A )N (13) ; A 2N2 А - коефіцієнт, який використовується при усередненні нев'язок (0