Измерение координат сигнала в средствах автоматической радиолакионной прокладки

УДК 621.396.967 Воробей В.И. ИЗМЕРЕНИЕ КООРДИНАТ СИГНАЛА В СРЕДСТВАХ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РАДИОЛАКИОННОЙ ПРОКЛАДКИ Рассмотрены особенности измерения координат сигналов судовых навигационных радиолокационных станций для решения задачи предупреждения столкновения судов. Приведен сравнительный анализ качественных и количественных характеристик различных алгоритмов измерения координат с целью определения оптимального алгоритма для обработки информации в средствах автоматической радиолокационной прокладки. Ключевые слова: Радиолокация, измерение координат, обучение. С пополнением морского флота судами возросли требования к безопасности движения, тесно связанной с проблемой предупреждения столкновений судов. Предупреждение столкновений осуществляется, в частности, посредством автоматизированной радиолокационной прокладки. Внедрение средств автоматизированной радиоло­кационной прокладки (САРП) является мощным фактором технико-эко­номической эффективности морского флота как отрасли народного хозяйства. В настоящее время в отечественной и зарубежной литературе не достаточно полно освещены вопросы теории и практики построения САРП, в частности, измерения координат сигналов. В настоящей работе рассматриваются особенности измерения координат сигналов судовых навигационных радиолокационных станций для решения задачи предупреждения столкновений судов. ^ Цель работы. Разработка и исследование алгоритмов цифровой обработки радиолокационного сигнала при решении задач измерения координат объекта. Постановка задачи. Для достижения постановленной цели необходимо провести сравнительный анализ качественных и количественных характеристик различных алгоритмов измерения координат. ^ Алгоритмы измерения координат сигнала в условиях помех Число импульсов реального сигнала, отраженного от судна, не постоянно, а изменяется в зависимости от дальности до объекта, ракурса облучения, воздействия помех и т.д. В связи с этим в САРП применяется безвесовая обработка, не требующая информации о форме пачек. Пусть сигнал поступает с выхода логического обнаружителя с фиксацией границ пачки f/m-k, в этом случае решение об обнаружении пачки принимается при поступлении на вход не менее f импульсов, находящихся на m смежных позициях. Конец пачки фиксируется по наличию серии из k пропусков подряд. Тогда оценка пеленга сигнала может осуществляться путем определения положения середины пачки импульсов по следующим алгоритмам: по пеленгу сигналов, фиксирующих начало и конец пачки , (1) где – оценка пеленга объекта; – пеленг начального импульса пачки; – пеленг конечного импульса пачки. 2) по пеленгу конечного импульса пачки и ширине пачки , (2) где – число позиций, соответствующее ширине обнаруженной пачки; – цена дискрета по пеленгу. 3) по пеленгу сигналов, фиксирующих начало и конец пачки с учетом суммарной систематической ошибки в оценке середины пачки . (3) Второй член разности определяет систематическую ошибку, обусловленную тем, что существует постоянное смещение вправо момента фиксации начала пачки, равное f-1 позиций, и смещение в ту же сторону момента фиксации конца пачки, равное k позиций. Дальность сигнала равна значению дискрета дальности, в котором обнаружена пачка. Пусть сигнал поступает с выхода обнаружителя связной зоны [1]. Тогда вычисление пеленга и дальности заключается в усреднении координат импульсов связной зоны , (4) где К – число импульсов связной зоны; Пfm – пеленг импульса, расположенного на f позиции зоны дальности и m позиции по пеленгу , (5) где– дальность импульса, расположенного на f позиции зоны по дальности и m позиции по пеленгу. Длительность отраженного сигнала по дальности зависит от размеров, ракурса облучения судна и расположения отражающих элементов (блестящих точек) по длине судна. Поэтому в стробе может существовать несколько пачек или связных зон сигнала, отраженные от судна. В этом случае координаты объекта, определяются как среднее значение координат отдельных пачек (связных зон) ; (6) , (7) где и – оценки пеленга и дальности оответственно; I – число пачек (связных зон) обнаруженных в стробе; и – оценки пеленга и дальности пачки (связной зоны) соответственно. ^ Особенности алгоритмов измерения координат в сред­ствах автоматизированной радиолокационной прокладки Уровень сигнала на выходе радиолокационного прием­ника в САРП автоматически изменяется с помощью обучающегося об­наружителя [2], поддерживаясь на определенном значении, исходя из заданного критерия оптимальности. Так как порог квантования фиксирован, то изменение амплитуды сигнала вызывает флюктуацию импульсов в пачке или связной зоне после бинарного амплитудного квантования. Поэтому число импульсов реального сигнала, отраженно го от судна, зависит в САРП не только от перечисленных в преды­дущем разделе факторов, но и от того, насколько превышает ампли­туда сигнала на выходе приемника порог квантования. В связи о этим для исследования алгоритмов измерения координат сигнала в САРП используется метод статистического моделирования, позволя­ющий в отличие от аналитических методов, произвести оценку координат с учетом влияния обучающегося обнаружителя на измерения. Рассмотрим некоторые алгоритмы совместного обнаружения - измерения, применяемые в САРП. Алгоритм № 1. Обнаружение производится по алгоритму обучающегося приемника [3]. Оценка координат по алгоритмам (1, 6,7) Алгоритм № 2. Обнаружение производится так же, как в алгоритме № 1, измерение координат - по алгоритмам (2, 6, 7). Алгоритм № 3. Обнаружение осуществляется так же, как в алгоритме №1, измерение координат - по алгоритмам (3, 6, 7). Алгоритм № 4. Обнаружение производится так же, как в алго­ритме №1, измерение координат - по алгоритмам (3, 6, 7) с тем отличием от алгоритма № 3, что значение I - это число пачек на n обороте антенны, каждая из которых совпадает по координатам c соответствующей пачкой в n -1 обзоре. Критерий совпадения по дальності , (8) где – разность значений дальности пачки, обнаруженной на n обороте антенны, и пачки, обнаруженной на n - 1 обороте; – цена дискрета строба по дальности. Критерий совпадения по пеленгу , (9) где – разность значений пеленга пачки, обнаруженной на n обороте антенны, и пачки, обнаруженной на n-1обороте; – цена дискрета строба по пеленгу. Алгоритм № 5. Обнаружение производится по алгоритму обучающегося приемника [3] в котором функция F реализует обнаружение связной зоны, содержащей не менее пяти угловых по­зиций между крайним левым и крайним правым по пеленгу элементами связной зоны. При этом два дискрета строба считается связными, если разность их дальности не более одного дискрета дальности, а разность пеленгов - не более одного дискрета пеленга, т.е. не допускается пропуск импульсов в пределах строба по дальности и пеленгу. Оценка координат осуществляется по алгоритмам (4…7). Для исследования алгоритмов выбираются наиболее характерные комбинации расположения блестящих точек [4]: 1) сигнал А - одна блестящая точка; 2) сигнал Б - три блестящих точки на соседних дальностях, симметричные относительно средней (ракурс судна приблизительно равен 45°); 3) сигнал В - две блестящие точки в одном дискрете дальности, разнесенные на двадцать дискретов по пеленгу (ракурс судна приблизительно равен 90°); 4) сигнал Г - две блестящие точки на одном пеленге, разнесенные на один дискрет по дальности (ракурс судна приблизи­тельно равен 0°). Координаты сигнала совпадают с координатами центра сигнального строба с размерами 700 м х 5°. Цена дискрета по дальности равна 45 м, по пеленгу – 5'. Моделирование входного процесса производится так же, как и при исследовании обнаружителя с тем отличием, что для учета флюктуации сигнала по дальности пачки сигнала заносятся в один из двух смежных дискретов дальности с вероятностью 0,5. ^ Исследование алгоритмов измерения координат В процессе статистического моделирования алгоритмов измерения определяются следующие характеристики: 1) среднеквадратическая ошибка оценки пеленга сигнала ; (10) , (11) где N – число оборотов антенны, равное 100; – среднее значение пеленга пачек (связных зон) в стробе на n обороте антенны, вычисленное по формуле (6). среднеквадратическая ошибка оценки дальности сигнала , (12) где – среднее значение дальности пачек (связных зон) в стробе на n обороте антенны, вычисленное по формуле (7), . (13) смещение оценок пеленга и дальности ; (14) , (15) где mП и mД – средние значения соответственно пеленга и даль­ности отдельных пачек (связных зон), вычисленные до моделирования. Моделирование алгоритмов 1 - 5 для сигналов. А, Б, В, Г при воздействии помехи, распределение которой подчиняется закону Релея, показало следующие результаты : 1. При достаточно больших отношениях α0 сигнала к помехе алгоритмы 3-5 мало отличаются по точности оценки пеленга. В зависимости от вида сигнала СКО оценки пеленга для этих алгоритмов лежат в пределах σПN3=2'÷5' ; σПN4=3'÷6' ; σПN5=1'÷5'. При тех же условиях СКО оценка пеленга по алгоритмам 1,2 в несколько раз больше, чем по алгоритмам 3-5. 2. При отношении сигнала к помехе а0=1 алгоритмы 1 – 3 не не являются лучшими с точки зрения наименьшей ошибки оценки пеленга сигнала. С этой точки зрения предпочтительней алгоритмы 4, 5, имеющие наиболее жесткую логику обнаружения. В алгоритме №4 для измерения отбираются только пачки, совпавшие по координатам на двух смежных оборотах антенны, а в алгоритме №5 не допускается ни одного пропуска импульса в пределах размера связной зоны по пеленгу. 3. С точки зрения наименьшего смещения оценки пеленга лучшим является алгоритм № 5. Если в алгоритмах 1 - 4 смещение лежит в пределах от 2' до 12', то в алгоритме № 5 смещение оценки пеленга не превышает одной угловой минуты. 4. Оценка измерения дальности показывает, что с точки зрения наименьшего СКО, лучшим является алгоритм № 4. При больших значениях отношения сигнала к помехе в зависимости от типа сигнала δд = 20 м ÷ 22 м. При отношении сигнала к помехе, равном единице, δд = 12 м ÷ 120 м. С точки зрения наименьшего смещения оценки дальности предпочтительнее алгоритмы 4, 5. Выводы Анализ алгоритмов измерния координат показал, что обучающийся обнаружитель [2], в котором функция F(•) реализует обнаружение связной зоны, а оценка координат осуществляется путем усреднения координат импульсов связной зоны, является наилучшим, обеспечивая СКО оценки пеленга в 2 -3 раза меньше по сравнению с известными. При этом СКО оценки дальности в предложенном алгоритме на 30 – 40 (м) менше, чем в известных. ЛИТЕРАТУРА Судовые средства автоматизации предупреждения столкновения судов /^ Ю.Г Зурабов, Р.Н. Черняев, Е.В.Якшевич, В.Л. Яловенко /М: Транспорт.-264 с Воробей В.І., Михайлов В.С. Виявлення сигналу у засобах автоматизованої радіолокаційної прокладки.//Водний транспорт. Збірник наукових праць Київської державної академії водного транспорту. – К.: КДАВТ,. – К: КДАВТ, 2000. – №1. – С. 5-9. Воробей В.І., Михайлов В.С., Носовський А.М Исследование стоимостей ошибок обучающегося приемника.//Водний транспорт. Збірник наукових праць Київської державної академії водного транспорту. – К: КДАВТ, 2005. – №5. – С. 5-11. Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Сов. радио, 1974. - 432 с. Воробей В.І. ^ ВИМІРЮВАННЯ КООРДИНАТ СИГНАЛУ В ЗАСОБАХ АВТОМАТИЧНОЇ РАДІОЛАКІОННОЙ ПРОКЛАДКИ Розглянуто особливості вимірювання координат сигналів суднових навігаційних радіолокаційних станцій для виконання завдання попередження зіткнення суден. Наведено порівняльний аналіз якісних та кількісних характеристик різних алгоритмів вимірювання координат з метою визначення оптимального алгоритму для обробки інформації в засобах автоматичної радіолокаційної прокладки. Ключові слова: радіолокація, вимірювання координат, навчання. Vorobei V.I. SIGNAL COORDINATE MEASURING FOR AUTOMATIC RADAR PLOTTING AIDS The characteristics of radar signals coordinate measuring for solving problems for ships collision avoidance are considered. The comparative analysis of qualitative and quantitative characteristics of the different algorithms of coordinates measuring is conducted in order to determine the optimal algorithm for processing automatic radar plotting aids date processing. Keywords: radar, coordinate measuring, learning.

Похожие:

	Руководство по эксплуатации Многофункциональные р Часы funk прием сигнала dcf (автоматической корректировки времени) включить/ выключить. Удерживайте ок. 3 секунд, пока не запустится...		Исследование метода автоматического измерения координат характерных... Приводится исследование метода измерения координат характерных очертаний берегов при их автоматическом сопровождении в реальных условиях...
	Термопары это надежные и недорогие датчики температуры, широко используемые... Однако измерение температуры с помощью термопар требует принятия специальных мер для обеспечения необходимой точности измерений....		Что такое модуляция сигналов? Модуляция сигнала процесс изменения одного сигнала в соответствии с формой другого сигнала
	План раздела: Системы координат; Средства для определения положения... Положение самолета в пространстве может быть определено по отношению к различным системам координат. При рассмотрении динамики движения...		Проверка автоматической и измерительной системпрограммного управления и измерения топлива Изучить методы и средства проверки автоматической и измерительной частей комплексных систем типа спут. Ацт, суит и др в лабораторных...
	§ Преобразование координат Преобразование декартовых прямоугольных координат при параллельном сдвиге осей определяется формулами		Гиперболой называется геометрическое место точек, для которых раз­ность... Пусть дана гипербола. Если оси декартовой прямоугольной системы координат выбраны так, что фокусы данной гиперболы располагаются...
	Руководство по эксплуатации кондиционер системы сплит В момент передачи сигнала между пультом и блоком не должно быть предметов, мешающих прохождению сигнала		Г ермания Профилактическая диагностика Check-Up Клинический осмотр (внешний осмотр, измерение пульса). Измерение артериального давления с помощью цифрового тонометра