Содержание к диссертации
Введение
1. Методы обработки радиолокационных данных, основанные на алгоритмах вероятностного объединения 14
1.1. Введение. 14
1.2. Рекуррентный алгоритм оценки апостериорных вероятностей 18
1.3. Обнаружение неподвижных объектов 20
1.4. Обнаружение появляющихся (исчезающих) объектов 28
1.5. Отождествление радиолокационных данных методом вероятностного объединения 33
1.6. Сброс с сопровождения ложных трасс 38
1.7. Оценка качества траекторнои обработки по результатам математического моделирования... 39
1.8. Сглаживание координат при траекторнои обработки с помощью процедуры калмановской фильтрации 43
Выводы 54
2. Применение алгоритма траекторнои обработки радиолокационной информации для целей автоматизированного контроля тактических характеристик РЛС 56
2.1. Введение. Обзор существующих методик летных проверок радиолокационных средств УВД 56
2.2. Расчет потенциальной зоны видимости РЛС 58
23. Автоматизированный контроль вероятности обнаружения и зоны видимости РЛС 60
2.4. Расчет доверительного интервала оценки вероятности обнаружения 62
2.5. Оценка интенсивности ложных тревог на выходе РЛС 70
2.6. Контроль точностных характеристик и разрешающей способности РЛС...73
2.7. Контроль вероятности получения и искажения дополнительной информации по вторичному каналу 77
Выводы: 78
3. Комплексная оценка радиолокатора 80
3.1. Задача оценки характеристик РЛС с точки зрения теории информации 80
3.2. Воздушная обстановка 83
3.3. Зависимость информационного параметра РЛС от тактических характеристик 85
3.3.1. Влияние точностных характеристик РЛС на информационный параметр 86
3.3.2. Влияние периода обновления информации на информационный параметр 88
3.3.3. Влияние вероятности обнаружения на информационный параметр 89
3.3.4. Влияние вероятности ложных тревог, вероятности прохождения и искажения дополнительной информации на информационный параметр 90
3.4. Сравнительные характеристики РЛК 98
Выводы 98
4. Контроль тактических характеристик и комплексная оценка радиолокационных средств в реальном масштабе времени 100
4.1. Автоматизированная система контроля радиолокационных средств (АСК-
РЛС) 100
4.2. Контроль зоны видимости и вероятности обнаружения 104
4.3. Контроль интенсивности потока ложных отметок. 111
4.4. Контроль точностных характеристик и разрешающей способности РЛС.112
4.5. Контроль вероятности получения и искажения дополнительной информации 114
Выводы 116
Заключение 117
Список использованных источников
- Рекуррентный алгоритм оценки апостериорных вероятностей
- Расчет потенциальной зоны видимости РЛС
- Зависимость информационного параметра РЛС от тактических характеристик
- Контроль зоны видимости и вероятности обнаружения
Введение к работе
На сегодняшний день в качестве основных средств управления воздушным движением используются аэродромные и трассовые радиолокационные средства, которые предназначены для радиолокационного обзора воздушного пространства и выдачи информации о воздушной обстановке в целях обеспечения контроля за движением воздушных судов в районе аэродромного и районного центров.
К тактическим характеристикам радиолокационных средств предъявляются высокие требования [20, 59, 60, 74] поскольку от их стабильности и надежности функционирования зависит безопасность полетов воздушных судов. Поэтому необходим постоянный контроль за работоспособностью радиолокационных станций, их тактическими и техническими характеристиками, достоверностью оценки текущей воздушной обстановки.
Под тактическими понимают характеристики, описывающие возможности практического использования РЛС [56]. Основными из них являются зона видимости РЛС, вероятность обнаружения ВС, точность получения координатной информации, вероятность ложных тревог, разрешающая способность, вероятность получения и искажения дополнительной информации.
Технические характеристики станции выбираются так, чтобы реализовать заданные тактические характеристики. К техническим характеристикам относятся длина волны, длительность зондирующего импульса, мощность передатчика, шумы приемника, ширина диаграммы направленности антенны и т.п.
Для контроля воздушной обстановки при управлении воздушным движением используют обзорные первичные и вторичные (обеспечивающие запрос, получение, декодирование и выдачу на аппаратуру отображения координатной и дополнительной информации от ВС, оборудованных ответчиками) радиолокационные станции. Тактико-технические характе- ристики этих РЛС регламентированы нормативными документами [74], [14].
Жизненный цикл современной радиолокационной станции состоит из этапов, связанных с ее проектированием, изготовлением и эксплуатацией. Во время каждого этапа жизненного цикла встает задача контроля тактико-технических характеристик как отдельных блоков и узлов, так и станции в целом [18, 19,31].
Для оценки характеристик РЛС, как правило, используют два основных метода: расчетный (аналитический) и метод натурных испытаний (летных проверок). Суть расчетного метода состоит в расчетах характеристик РЛС с использованием аналитических соотношений и математических зависимостей, основанных на положениях теоретических основ радиолокации [6, 8, 26, 27, 30, 32, 34, 53]. Данный метод базируется на строгих математических выкладках и широко применяется при проектировании РЛС. Однако этот метод имеет ограниченное применение при эксплуатации РЛС» поскольку он не позволяет учесть всего многообразия факторов, влияющих на характеристики РЛС в реальных условиях функционирования.
Основным методом, с помощью которого можно получить наиболее достоверную информацию о функционировании РЛС и её характеристиках, является метод натурных испытаний [23, 45, 68]. Натурные испытания дают возможность оценить характеристики конкретной станции в реальных условиях эксплуатации.
В состав средств проведения натурных испытаний входят специальные наземные средства (котировочные антенны, измерительные вышки), летные средства (самолеты-лаборатории, различные мишени), средства внешнетраекторных измерений, а также средства регистрации, обработки и отображения результатов испытаний.
Наземные средства обеспечения натурных испытаний РЛС применяют для настройки и измерения параметров антенн [11,21, 29], характе- ристик передающего и приемного устройств [32], оценки помехозащищенности, контроля юстировки и ряда других характеристик.
С помощью летных средств проводят оценку зоны видимости РЛС, вероятности обнаружения, точностные характеристики, помехозащищен-ность, а также характеристики вторичных каналов РЛС, работающих по ответному сигналу. Для решения этих задач самолеты-лаборатории оборудуют аппаратурой измерений координат и их регистрации [23], ответчиками различного назначения и т.п.
Наиболее часто применяемым методом оценки характеристик РЛС является метод натурных измерений с помощью эталонных вышек и внеземных источников излучения [11].
Измерения с помощью эталонных антенн проводятся на антенных полигонах с ровной подстилающей поверхностью, освобожденной от посторонних предметов и сооружений, что делает этот метод наиболее дорогостоящим и неприемлемым для оценок характеристик РЛС в период их штатной эксплуатации. Внеземные источники излучения не всегда могут быть использованы. В частности, с помощью шумового радиоизлучения Солнца и Луны невозможно реализовать измерения параметров антенн, применяемых при управлении воздушным движением, так как угловые размеры этих источников соизмеримы с шириной диаграммы направленности антенн. Например, Солнце имеет угловые размеры порядка 32 угловых минут. Кроме того, положение центра излучения внеземных источников не всегда известно с необходимой точностью.
Приведенные выше методы контроля тактико-технических характеристик РЛС отличает высокая трудоемкость и большие материальные затраты, необходимые для обеспечения их проведения. Эти факторы практически исключают возможность использования отмеченных методов при серийном производстве радиолокаторов и их эксплуатации. Однако, именно на этапе эксплуатации задача контроля тактико-технических характеристик является наиболее актуальной, поскольку от качества радио- локационной информации зависит гарантированный уровень безопасности воздушного движения. Низкие тактические характеристики приводят к потерям и искажениям на выходе РЛС достоверной информации о текущей воздушной обстановки. Это в свою очередь приводит к неполному или искаженному восприятию воздушной обстановки диспетчером воздушного движения.
В 1989 году Министерством гражданской авиации СССР были утверждены программы и методики проверок радиолокационных средств, используемых при управлении воздушным движением [56]. Эти методики были разработаны на основе следующих нормативных документов [14, 15, 16, 17, 46-49], а также инструкции по организации летных проверок наземных средств радиотехнического обеспечения полетов и связи [60] с учетом рекомендаций, изложенных в [55].
Данные методики проведения летных проверок предусматривают ручную статистическую обработку радиолокационной информации, построение таблиц и графиков, что делает ее крайне трудоемкой. Так, например, для того, чтобы подтвердить вероятность искажения дополнительной информации по вторичному каналу на уровне 10"3 (согласно [15]) необходимо провести ручную обработку нескольких тысяч (в зависимости от доверительной вероятности результата) измерений.
Высокая трудоемкость методик летных проверок радиолокационных средств позволяет проводить их в период эксплуатации в полном объеме не чаще одного, двух раз в год, что не согласуется с показателями надежности радиолокационных средств, поскольку среднее время наработки на отказ существующих РЛС составляет от несколько сотен до тысячи часов. Однако, указанные методики летных проверок предусматривают ежесменную комплексную оценку готовности радиолокационного средства для использования в целях УВД [56 п7.11] по результатам контроля (во всех режимах работы РЛС) таких тактических характеристик как зона видимости РЛС, вероятность обнаружения ВС, вероятность про- хождения и искажения дополнительной информации, точностные характеристики РЛС.
Необходимость ручного контроля характеристик РЛС предъявляет высокие требования к квалификации и опыту обслуживающего персонала и приводит к высоким эксплуатационным расходам. На основании выше сказанного можно сделать вывод об актуальности задачи автоматизации контроля характеристик радиолокационных средств УВД.
Согласно указанным выше методикам определение тактических характеристик РЛС при летных проверках проводят путем обработки истинных данных о воздушной обстановке и данных, полученных с помощью РЛС. При штатной эксплуатации РЛС отсутствует возможность получения информации о параметрах движения ВС в зоне действия РЛС от внешнетраекториых систем измерения. Поэтому наиболее доступным способом контроля тактических характеристик радиолокационных средств является использование информации, полученной в результате вторичной (траекторной) обработки, которая включает классификацию поступающих радиолокационных отметок на принадлежность конкретным ВС, или ложным сигналам, а также восстановления параметров движения ВС по радиолокационным данным контролируемой РЛС. Методы траекторной обработки были разработаны в исследованиях [3-5,24, 27,28, 33, 35-37, 44, 52, 54, 62-66, 70-73, 77-79] для целей непосредственного управления воздушным движением.
Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов, функционирующих в реальном масштабе времени и предназначенных для оценки тактических характеристик радиолокационных средств. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать алгоритм траекторной обработки радиолокационной информации, предназначенный для оценки параметров контролируемого радиолокационного средства.
Разработать методы контроля в реальном масштабе времени тактических характеристик радиолокационных систем и определить доверительные интервалы полученных оценок.
Провести формирование комплексной оценки радиолокационного средства на основе результатов контроля его тактических характеристик.
5. На основе синтезированных алгоритмов разработать программно-аппаратные средства, предназначенные для объективной комплексной оценки характеристик радиолокационных систем.
Основные методы исследования.
При синтезе алгоритмов траекторной обработки р/л информации для целей контроля тактических характеристик РЛС в настоящей работе были использованы теоретические основы радиолокации, методы теории вероятности и математической статистики, методы линейного программирования, методы оптимальной фильтрации. Анализ существующих и синтезированных алгоритмов проводился методом математического моделирования. Комплексная оценка РЛС как информационной системы проводилась на основе анализа остаточной неопределенности состояния (энтропии) воздушной обстановки при получении информации от контролируемой РЛС. Для этой цели были использованы методы теории информации.
Анализ синтезированных алгоритмов и методов проводился методами математического моделирования, а также натурных испытаний в условиях обработки радиолокационной информации, получаемой от локаторов, находящихся в штатной эксплуатации.
Результаты работы.
В результате проведенного исследования были получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
Оценка эволюции воздушной обстановки по данным радиолокационного наблюдения с помощью построенной матрицы правдоподобия сведена к задаче о назначении и решена стандартными методами линейного программирования.
Определены характеристики алгоритмов оценки тактических характеристик радиолокационных систем УВД, базирующихся на методах траекторной обработки радиолокационных данных.
Получена аналитическая зависимость количества радиолокационной информации от тактических характеристик локатора.
Практическая значимость работы определяется прикладной направленностью основных задач и результатов диссертации и состоит в следующем: - использование разработанных алгоритмов и методов позволяет получать оценку тактических характеристик радиолокационных систем УВД в реальном масштабе времени; разработанный в диссертации метод комплексной оценки РЛС позволяет учитывать влияние различных тактических характеристик РЛС на качество радиолокационной информации; разработанные алгоритмы и методы могут быть реализованы на средствах вычислительной техники и использоваться в автоматизированных системах.
В результате проведенного исследования разработаны структура, математическое и программное обеспечение программно-аппаратного комплекса «Автоматизированная система контроля радиолокационных средств ИЛЮБ.468213.001», обеспечивающие контроль тактических характеристик радиолокационных средств. Применение разработанных алгоритмов и методов позволяет проводить постоянную объективную оценку характеристик радиолокационных средств.
На основе выполненных исследований и полученных результатов в ходе диссертационной работы сформулированы следующие положения, выносимые на защиту:
Синтезированный алгоритм траекторией обработки, основанный на методах вероятностного объединения данных, методах линейного программирования и процедуре калмановской фильтрации, обеспечивает точность восстановления траекторий ВС, необходимую для проведения оценки тактических характеристик РЛС УВД в реальном масштабе времени с заданными показателями качества.
Разработанные методы оценки зоны видимости, вероятности обнаружения, интенсивности потока ложных отметок, точностных характеристик, вероятности получения и искажения дополнительной информации по вторичному каналу обеспечивают необходимое качество контроля тактических характеристик радиолокационных средств УВД.
Информационный показатель качества радиолокационных систем позволяет формировать комплексную оценку РЛС УВД, которая учитывает влияние различных тактических характеристик на качество радиолокационной информации.
Синтезированные алгоритмы оценки характеристик радиолокационных систем могут быть реализованы на современных средствах вычислительной техники и обеспечивают постоянный контроль характеристик радиолокаторов УВД в реальном масштабе времени.
Структура диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованной литературы.
В главе 1 разрабатывается алгоритм траекторной обработки радиолокационной информации на основе метода вероятностного объединения данных и процедуре сглаживания радиолокационной информации методом калмановской фильтрации, а также проводится его сравнение с другими известными алгоритмами методами математического моделирования.
В главе 2 рассматривается применение алгоритма траекторной обработки радиолокационной информации для синтеза методов автоматизированного контроля тактических характеристик радиолокационных средств и проводится оценка качества синтезированных методов.
В главе 3 проводится комплексная оценка радиолокационных средств с позиций теории информации. Построена зависимость количества информации на выходе РЛС от тактических характеристик станции. ) Проведена сравнительная характеристика используемых в настоящее вре-мя трассовых и аэродромных обзорных радиолокационных комплексов.
В главе 4 рассматривается структурная схема и реализация алгоритмов автоматизированного контроля РЛС на базе вычислительных средств, а также результаты контроля реальных радиолокационных комплексов.
Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: 26 военно-научная конференция во 2 ЦНИИ МО РФ, Тверь, 2000 г.; Международная научно-практическая конференция САКС-2001, Красноярск 2001 г.; НТС «Повышение эффективности радиоэлектронных средств РВиА СВ» в Михайловском артиллерийском университете, Санкт-Петербург, 2002 г.; Пятая научная сессия аспирантов ГУАП, Санкт-Петербург, 2002 г.; Шестая научная сессия аспирантов ГУАП, Санкт-Петербург, 2003 г.; Air Traffic Control Maastricht 2004 Seminar, г. Маастрихт, Нидерланды, 2004 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ [9,38-43, 51], в которых изложено основное ее содержание.
Рекуррентный алгоритм оценки апостериорных вероятностей
Рассмотрим задачу оценки параметров траектории воздушных судов (ВС) с помощью РЛС. На выходе РЛС присутствуют отметки, соответствующие реальным ВС, а также ложные отметки. Будем предполагать, что: 1. ложные отметки образуют пуассонов поток с интенсивностью зависящей от координат и времени; 2. параметры траектории движения объектов (ВС) определяются стационарной переходной плотностью вероятности где Л,Лу - значения параметров траекторий ВС в моменты времени ї", S соответственно.
Априорная интенсивность потока отметок, соответствующих истинным объектам определяется средней интенсивностью воздушного движения и вероятностью обнаружения ВС. В процессе наблюдения, по мере поступления информации от РЛС, становится возможным изменить представление о характеристиках распределения истинных объектов на основе анализа апостериорных плотностей распределения наблюдаемых отметок.
Рекуррентный метод оценки апостериорных плотностей был впервые предложен Стратоновичем [63] и более подробно рассмотрен в ряде последующих работ, например в [64]. Этот метод на каждом шаге состоит из двух процедур: 1. формирование апостериорной плотности на основе экстраполированной плотности (полученной на предыдущем шаге) и данных нового наблюдения: &ша = : ; ] „( „ [ K„W К2Л) 2. экстраполяция апостериорной плотности на время следующего наблюдения: (1.2.2) "».., = К. ( f)MA№ где: хп- результаты наблюдения на шаге п; Р(х„ Л) - вероятность получения в результате наблюдения значений хя, при условии, что параметры траектории ВС имеют значения Л; oat- значение апостериорной плотности вероятности в момент времени t; CJU- значение экстраполированной плотности вероятности на момент времени t; уг(\Л)- значение переходной плотности вероятности значений параметров траектории из состояния Л в состояние за время г; /„ - момент времени, соответствующий n-ому шагу рекуррентного метода.
Для проведения первой процедуры необходимо располагать информацией о таких тактических характеристиках РЛС как интенсивность ложных отметок, вероятности обнаружения, точностных характеристиках РЛС. Для проведения второй процедуры необходимо располагать информацией о значениях переходной плотности вероятности.
Рассмотрим задачу обнаружения неподвижных объектов, располагающихся на дискретном множестве. Задача обнаружения неподвижных объектов рассматривалась в монографии [3], однако там были получены только асимптотические решения для некоторых частных случаев. Предположим, что при обнаружении точностные характеристики измерительного прибора позволяют однозначно определить ячейку дискретного множества, в котором находится неподвижный объект. Такая постановка задачи в приложении к радиолокационному обнаружению является модельной, поскольку реальная динамика ВС и точностные характеристики РЛС приведут к дополнительному усложнению алгоритма обнаружения и уменьшению его эффективности. Однако, полученные характеристики алгоритмов обнаружения неподвижных объектов являются верхней границей для характеристик алгоритмов обнаружения подвижных объектов и могут рассматриваться как предельно возможные для алгоритмов вторичной обработки.
Пусть априорная вероятность наличия объекта в ячейке равна ц, вероятность его обнаружения равна Д а вероятность появления ложной отметки — F. Тогда процедура формирования апостериорной вероятности на шаге п по результатам наблюдения может быть проведена с помощью формулы Байеса. В нашем случае полная группа событий состоит из события Лі (объект находится в рассматриваемой ячейке) и Л2 (объекта в рассматриваемой ячейке нет). Пусть событие В означает обнаружение измерительным прибором объекта в ячейке (есть отметка на выходе прибора). Тогда соответствующие условные вероятности имеют вид:
Расчет потенциальной зоны видимости РЛС
Из анализа графиков, представленных на рисунках 2.3 - 2.4, видно, что даже при проведении 100 измерений ширина доверительного интер вала составляет не менее 7-9 процентов (в зависимости от значения показателя надежности у). Согласно методике [56] потенциальная зона видимости РЛС разбивается на элементы Ь с размерами 10 градусов по азимуту, 10 км до дальности и 500 метров по высоте, а необходимое количество измерений согласно методике в каждом отсчете должно составлять не менее 40. Такое количество измерений дает ширину доверительного интервала порядка 10-15 процентов даже при значении =70%. Следует отметить, что для уменьшения ширины доверительного интервала до 1-2 % потребовалось бы провести около 5000 измерений в каждом элементе bijk. Для этого необходимо около 2000 часов полетного времени при скорости ВС 200 м/с, дальности действия РЛС 400 км и при проходе воздушным судном зоны действия РЛС на трех эшелонах только по одному азимуту. Возможность проведения таких длительных экспериментов ограничивается не только экономическими факторами, но также и техническими, поскольку среднее время наработки на отказ РЛС составляет в лучшем случае несколько тысяч часов. Таким образом, даже в случае полного отсутствия ошибок траекторной обработки, оказывается невозможным практически уменьшить границы доверительного интервала до единиц процентов (при значении /=70%).
При оценке вероятности обнаружения (2.3.2) по данным реальной траекторной обработки возникают ошибки первого и второго рода. Ошибки первого рода возникают в случае, когда по ВС, находящемуся в зоне действия РЛС, не происходит завязки траектории. Ошибки второго рода возникают в случае завязки траектории по ложным радиолокационным отметкам. Ошибки как первого, так и второго рода приводят к отклонениям оценки (2.3.2) от истинного значения. Математическое ожидание количества ошибок первого рода определяется величиной ощ1=Л с(1-Д2) (2.4.5) Где NBC количество ВС в элементе пространства, D2— вероятность обнаружения ВС на выходе траекторией обработки. Математическое ожидание количества ошибок второго рода определяется величиной " 2- а (2-4.6) Где ЛЬ- количество ложных трасс на выходе траекторной обработки. Относительная погрешность 6 оценки (2.2.5) выражается следующим образом 3_ AL.+AU _NHr(\-D2) + N7_l NfirD2 (2.4.7)
Поскольку величины D2 и N2 зависят от характеристик РЛС, относительная погрешность S (2.4.7) также является функцией характеристик локатора. Для анализа зависимости относительной погрешности S от тактических характеристик локатора было проведено математическое моделирование полета одного ВС и его обнаружение с помощью РЛС, обладающей заданными тактическими характеристиками. На основании этой информации был реализован алгоритм оценки вероятности обнаружения ВС моделируемой РЛС. После чего фиксировалось количество ошибок первого и второго рода и вычислялось значение относительной погрешности. Моделирование РЛС проводилось при четырех значениях среднего количества ложных отметок за обзор (JV) и значении вероятности обнаружения ВС (D) от 0,05 до 1 с шагом 0,05. График зависимости относительной погрешности 8 при наличии одного ВС в зоне действия РЛС от вероятности обнаружения РЛС D по результатам математического моделирования представлены на рис. 2.5 - 2.8 при различном среднем количестве ложных отметок на выходе РЛС N . Рисунок 2.5 соответствует РЛС со средним количеством ложных отметок за обзор равным 300, рисунок 2.6 соответствует РЛС со средним количеством ложных отметок за обзор равным 100, рисунок 2.7 соответствует РЛС со средним количеством ложных от меток за обзор равным 30, рисунок 2.8 соответствует РЛС со средним ко личеством ложных отметок за обзор равным 3.
Зависимость информационного параметра РЛС от тактических характеристик
На практике воздушная обстановка (система X) непосредственно для наблюдения недоступна, доступна для наблюдения система на выходе локатора (система Y). Различия между интересующей нас воздушной обстановкой и поддающейся непосредственному наблюдению информацией на выходе РЛС в общем виде могут быть трех различных типов: 1) различия за счет дискретности по времени получения информации о воздушной обстановке; 2) различия за счет того, что некоторые состояния системы X не находят отражения в системе Y, которая беднее подробностями чем система X; 3) различия за счет ошибок: неточностей измерения параметров системы X и ошибок при передаче информации.
Примером различий первого типа служит конечность темпа обновления информации. Примером различий второго типа в радиолокации служит грубое описание свойств воздушной обстановки с помощью первичной РЛС, когда информация о третьей координате — высоте не передается. К этому же типу различий относятся ошибки округления координат ВС из-за конечности цены младшего разряда в цифровых кодограммах. Ошибки третьего типа возникают за счет помех (шумов). В результате чего вероятность обнаружения ВС локатором оказывается меньше единицы, возникают ошибки определения координат, искажается дополнительная информация (бортовой номер, высота), появляются ложные отметки.
Рассмотрим влияние тактических характеристик на информационный параметр РЛС.
Влияние точностных характеристик РЛС на информационный параметр. Предположим, что мы определяем воздушную обстановку с помощью локатора, обладающего следующими характеристиками: I Т - =0-2. у р 0, JR 0 (причем, ошибки распределены по нормальному закону); 3 Р - = 1 -" ООН 1 А. Ошибки по высоте распределены равномерно в интервале АН (у вторичного радиолокатора ошибка определения высоты составляет 10 метров для режима УВД и 100 футов (30 метров) для режима RBS и распределена равномерно); После получения информации от такого локатора остаточная энтропия системы составит: nfviv\ , АН t V(2 K , Л2отК H(X\Y)= log2—-+log; v J+log2- ——y- = Sh ax qy , AH , (2mfr,a, (3 ЗЛ) Характерной погрешностью РЛС являются ошибки по дальности и азимуту, характеризуемые среднеквадратичными отклонениями тр и сг#. Среднее значение меры неопределенности проекции координат ВС на горизонтальную плоскость по всей зоне видимости РЛС определяется выражением: г а \d p\rdr(r J9 TR) = 2І = J %" (3.3.2) Гdg \rdr о о Среднеквадратические отклонения декартовых координат т„ ту связаны с величиной о$ соотношением: Ввиду геометрической симметрии осей Ох и Оу, имеем для средне-квадратических отклонений декартовых координат следующее выражение: Таким образом, выражение для количества информации имеет следующий вид: Я(,)-Я(„К)=,о& --1ов--1о& (3.3.3) 2D где Gxay=-Ra R Первое слагаемое в формуле (3.3.3) определяет энтропию ВП до получения информации от РЛК, второе — отвечает за количество информации о высоте ВС, третье — за количество информации о проекции ВС на горизонтальную плоскость. 3.3.2. Влияние периода обновления информации на информационный параметр Исследуем зависимость информационного параметра от периода обновления информации Т.
Рассмотрим локатор, на выходе которого информация обновляется с периодом Т. Поскольку положение ВС изменяется, то информация о координатах ВС устаревает с течением времени и будет вновь обновлена только через период Т. За время / ВС может изменить свое положение на расстояние [ V (t)dt (V(t) - скорость ВС). Тогда оно будет иметь неопределенное положение в окружности площадью лі [ Sy (t)dt J , где 8 - неопределенность по скорости ВС. Вычислим среднее значение площади окружности за период обновления информации в предположении, что скорость ВС равномерно распределена в интервале (Vmin, Vmax).
Контроль зоны видимости и вероятности обнаружения
Необходимость создания устройств автоматизированного контроля радиолокационных средств была обоснована научно-исследовательским институтом ГосНИИ «Аэронавигация» в середине 1980-х годов. Однако, уровень развития вычислительных средств на тот период не позволил реализовать поставленную задачу. В 1990 году специалистами рижского института инженеров гражданской авиации было запатентовано «Устройство контроля импульсной РЛС кругового обзора» [50]. В основе метода автоматизированного контроля этого устройства положен постоянный контроль сигналов углового положения РЛС (малых азимутальных импульсов «МАИ» и импульса «Север»), импульса «Запуск», а также прохождение отраженного эхо-сигнала от характерного местного предмета, находящегося в зоне видимости РЛС. Несмотря на относительную простоту указанной модели, она не нашла широкого применения из-за отсутствия контроля основных характеристик РЛС, таких как зона видимости РЛС, вероятность обнаружения, точностные характеристики, а также из-за отсутствия возможности контроля характеристик вторичных РЛС. В конце 1990-х - начале 2000-х годах к разработке автоматизированных систем контроля радиолокационных средств приступили европейские фирмы 1пersoft Electronics (Бельгия) и Aerotech Telub (Швеция), которыми были созданы системы контроля RASS и Radac соответственно. Эти системы позволяют контролировать характеристики РЛС в режиме постобработки. Они производят запись радиолокационной информации, а затем, делают статистическую обработку информации для оценки тактических характеристик РЛС. Несмотря на отсутствие возможности контроля характеристик РЛС в реальном масштабе времени, система RASS была рекомендована агентством «Евроконтроль», осуществляющим управление воздушным движением в Европе, для использования в целях объективной оценки характеристик радиолокационных средств.
В 2000 году Государственная корпорация по организации воздушного движения, ГосНИИ «Аэронавигация», и федеральная служба воздушного транспорта России разработали техническое задание на создание «Автоматизированной системы контроля радиолокационных средств (АСК-РЛС)», предназначенной для контроля тактических характеристик радиолокаторов в реальном масштабе времени. По этому техническому заданию была разработана, запатентована [51] и серийно производится предприятием «Пеленг» (г. Санкт-Петербург) автоматизированная система контроля радиолокационных средств «АСК-РЛС». Она прошла все виды необходимых испытаний и рекомендована государственной службой гражданской авиации к использованию аэронавигационными предприятиями [58]. В настоящее время система «АСК-РЛС» установлена в Минском, Московском, Киевском центрах автоматизированного управления воздушным движением, а также в районных и аэродромных центрах УВД России и стран СНГ.
В основе принципа контроля радиолокаторов, реализованного в системе «АСК-РЛС», лежат методы и алгоритмы, изложенные в 1 — 3 главах настоящей диссертации, которые позволяют контролировать тактические характеристики РЛС в реальном масштабе времени. «АСК-РЛС» является аппаратно-программным комплексом, реализованным на базе современных промышленных вычислительных средств. Функциональная схема устройства приведена на рис. 4.1.
Автоматизированная система контроля «АСК-РЛС» может одновременно контролировать до 24 радиолокационных комплексов, получая информацию как в аналоговом, так и в цифровом виде.
Блок приема аналоговой РЛИ Блок траекторной обработкиРЛИ БлокприемацифровойРЛИ - Блок статистич. обработкиРЛИ Блок документированияРЛИ - Блок комплексное оценки РЛС - БЛОКуправления - Блок отображения 1 АСК-РЛС Монитор Принтер Рис. 4.1. Блок приема цифровой информации обеспечивает сопряжение «АСК-РЛС» с радиолокаторами по цифровому стыку, и производит декодирование информационных сообщений об угловом положении антенны и координатах ВС. Блок приема аналоговой информации осуществляет первичную обработку радиолокационной информации, определяет координаты ВС, декодирует ответ бортового ответчика и выдает информацию о ВС и угловом положении антенны локатора в цифровом виде. Полученная информация с блоков приема поступает на вход блоков документирования, траекторной обработки и отображения. Блок документирования обеспечивает запись всей входной радиолокационной информации на внутренне запоминающее устройство, с возможностью записи информации на внешние архивные носители. Блок траекторной обработки обеспечивает траєкторную обработку радиолокационной информации на основе вероятностных методов объединения данных (1.8.6). Блок статистической обработки анализирует радиолокационную информацию, полученную от радиолокатора, и информацию, на выходе блока траекторной обработки, и производит оценку тактических характеристик РЛС согласно (2.3.4) -(2.3.6), (2.5.4) - (2.5.6), (2.6.2), (2.7.1) - (2.7.2). Блок комплексной оценки РЛС производит комплексную оценку РЛС согласно (3.3.6) на основании оценок тактических характеристик РЛС, полученных в блоке статистической обработки. Блок управления обеспечивает выбор источника радиолокационной информации (радиолокаторы или воспроизведение архивной информации) для отображения или распечатки результатов анализа. Блок отображения служит для вывода информации на экран монитора или распечатки на печатающем устройстве.
Поскольку в основе разработанных методов контроля лежит алгоритм траекторной обработки (1.8.6), реализация которого не приводит к экспоненциальному росту шагов (1.5.4), вся процедура контроля может быть выполнена параллельно для нескольких контролируемых РЛС в реальном масштабе времени.
Результаты контроля реальных радиолокационных комплексов автоматизированной системой контроля «АСК-РЛС» на основе алгоритмов, разработанных в 1 - 3 главах настоящей диссертации приводятся в п. 4.2 — 4.5.
