Автоматическое сопровождение цели способы

Ручной и автоматический захваты целей на автосопровождение.

САРП обеспечивает два способа захвата целей на автосопровождение: ручной и автоматический. Ручной захват целей выполняется оператором путем установки на выбранную цель маркера и нажатия клавиши «сопровождение». Сопровождение цели может быть прекращено с помощью клавиши «сброс». В процессе сопровождения измеряются навигационные параметры цели, которые отображаются на экране ИКО в виде вектора направления движения цели (Tracked Target Speed Vector). Конец вектора указывает на положение цели через интервал времени, выбираемой оператором (длина вектора). В специальном окне на экране ИКО высвечивается формуляр цели. Автоматический захват целей выполняется без участия оператора в охранной зоне вокруг собственного судна. Границы охранной зоны устанавливаются оператором. Захват обеспечивается при скорости движения целей до 100 узлов. Цель берется на автосопровождение за время не более 1 мин, вектор движения цели формируется на экране ИКО через интервал времени не более 3 мин. Охранные зоны могут быть разные по форме. Охранные зоны в виде двух концентрических колец. С помощью двух секущих линий может выбираться действующая величина охранной зоны или в виде двух усеченных колец, причем длина и ширина усеченных колец разная и выбирается оператором. В режиме ручного захвата отбор целей на автосопровождение может быть как в охранной зоне, так и вне ее. В режиме автоматического захвата целей с оператора снимается часть нагрузки, но на экране ИКО появляется избыток векторов при большом количестве сопровождаемых целей. В данном случае САРП берет и опасные и безопасные цели. В ручном режиме захвата целей, несмотря на потерю времени для захвата целей, оператором отбираются те цели которые его интересуют. В условиях больших помех от моря и гидрометеоров (дождь, снег), при нахождении судна вблизи берега предпочтительнее ручной захват целей и его следует считать основным.

Режим работы САРП с наложением карты на радиолокационное изображение.

Режим работы САРП с наложением электронной карты на радиолокационное изображение носит название Overlay. Электронные карты в режиме Overlay должны быть векторными, геодезическая система координат – WGS – 84. Этот режим может работать, когда получены координаты собственного судна по приемнику GPS, а также истинный курс судна от гирокомпаса. Если эти данные пропадают, то по прошествии одной минуты электронная карта перестает отображаться на экране ИКО. Во время поворота судна происходит рассогласование картографического и радиолокационного изображений, но оно исчезает после одного оборота антенны. На электронной карте, чтобы не затенять радиолокационное изображение, избирательно могут отображаться: контуры безопасных глубин, контуры различных зон (запрещенные зоны для плавания , зоны активного рыболовства, зоны разделения движения судов и др.), различные надводных и подводных объектов, берег с характерными высотами. В режиме относительного движения, когда на ИКО центр неподвижен, изображение электронной карты смещается в направлении, противоположном вектору движения судна. В режиме истинного движения изображение электронной карты неподвижно. Изображение скачками меняется при перебросе положения собственного судна. Ориентация изображения электронной карты согласовано с ориентацией радиолокационного изображения в режимах север стабилизированный и курс стабилизированный.

Работа с АИС – целями.

АИС – цели показываются на экране ИКО в режиме Overlay совместно с радиолокационными целями для повышения безопасности плавания при решении САРП задачи предотвращения столкновения судов. Интервалы передачи сообщений зависят от скорости движения судов и класса судовой аппаратуры АИС. Судовая аппаратура АИС класса А в зависимости от скорости судна передает сообщения с интервалами от 2 до 10 с, на стоянке интервал передачи -3 мин; Судовая аппаратура класса В при различной скорости судна передает сообщения с интервалом от 3 до 30 сек. На электронной карте в режиме истинного движения положение неактивированной (спящей) АИС – цели отображается в виде равнобедренного треугольника, вершина треугольника ориентирована в направлении истинного курса или в направлении движения, если данные истинного курса не содержатся в сообщении. Если АИС – цель активирована, то к вершине треугольника добавляются вектора истинного курса и направления движения. В режиме относительного движения для активированной АИС – цели вектор истинного курса отсутствует. А ИС – цель автоматически активируется, если входит в охранную зону. Если в течение конечного времени сообщение от АИС – цели не поступает, то эта цель считается потерянной, она отображается на экране ИКО в виде перечеркнутого треугольника. Для судовой аппаратуры АИС класса А это конечное время лежит в пределах от 30 до 41 сек. Для класса В от 50 до 380 сек. Если в сообщении АИС имеются данные о размерах цели и выбранная шкала дальности позволяет, то АИС – цель отображается на экране ИКО в форме судна с учетом его геометрических размеров. На экране ИКО отображаемая цель может быть трех видов; Радиолокационное отображение отметки цели в виде пятна. Отображение АИС – цели в виде треугольника. Ассоциированное отображение цели. Радиолокационное отображение цели в виде пятна осуществляется в тех случаях, когда на цели не установлена аппаратура АИС, или она не работает. Такими целями могут быть шлюпки, различные средства навигационного обеспечения, айсберги и т. п. Отображение АИС – цели в виде только треугольника может быть, когда по ряду причин радиолокационное отображение цели отсутствует (цель находится за мысом) такая цель невидима для РЛС, но она видна для АИС. В этом случае АИС – цель активируется с помощью маркера, определяется формуляр цели, цель представляется в виде треугольника с двумя векторами, САРП решает задачу расхождения. Ассоциированное отображение цели, когда на электронной карте в режиме Overlay примерно в одном и том же месте появляется отображение двух целей: в виде пятна и АИС – цель в виде треугольника. Оператор должен принять решение в пользу одной версии: две цели (РЛС- цель и АИС – цель) или одна цель, так как изображение двух целей есть следствие погрешностей отображения одной и той же цели двумя разными средствами: САРП И АИС. В этом случае оператор назначает критерий в пользу одной цели и , если разница между курсами относительно грунта менее 10 0 и, если разница между дистанциями до целей менее 50м. Если эти условия выполняются, то цель ассоциированная (Associating AIS and ARPA Targets ), т. е. цель одна. Оператор, как правило, приоритет отдает АИС и активирует эту цель. Активирование невозможно, если: отсутствуют данные о курсе и скорости собственного судна относительно грунта, отсутствуют данные о координатах собственного судна, отсутствуют данные о курсе и скорости АИС – цели относительно грунта. При отсутствии этих данных невозможно решить задачу расхождения с АИС – целью. Если АИС – цель не активируется, то САРП решает задачу расхождения судов по радиолокационным отметкам сопровождаемой цели.

Ограничения САРП.

В результате многолетней эксплуатации САРП в различных типах РЛС выявлены следующие характерные особенности работы САРП. 1. Задержка по времени в выдаче информации о параметрах движения целей взятых под автосопровождение. Если мы и/или цель выполнили маневр, то задержка составляет ; 1 минута при устойчивом сопровождении для получения данных о тенденции относительного перемещения цели с погрешностью (с вероятностью 95%) максимальная погрешность составляет: относительный курс К_о = 15 о , относительная скорость V_o = 2,8 узла, D_кр = 2,0 мили. 3 минуты устойчивого сопровождения (с вероятностью 95%) максимальная погрешность составляет: относительный курс К_о = 4,6 о , относительная скорость V₀ =0,9 узла, ИК_ц= 7,4 0 , V_ц=1,2 узла, D_кр= 0,7 мили, Т_кр= 1 минута. 2. Скорость по лагу, т. е. относительно воды при движении передним или задним ходом должна вводиться в САРП, согласно требований Рез. ИМО А.823(19) п.3.11.2. Это необходимо для получения вектора цели (его ракурса) также относительно воды. Если в САРП вводится скорость относительно грунта (например , от СНС GPS или ГЛОНАСС), скорость течений будет являться составляющей скорости нашего судна, что вызовет ошибки в решении треугольника скоростей и чем меньше будет наша скорость, тем больше ошибка. 3. Две близко расположенные цели,наблюдаемые на экране раздельно, могут сопровождаться как одна цель или возможен обмен целями. Это происходит, когда две цели попадают в один строб. 4.Влияние помех от моря и осадков создает сложность автоматического выделения полезных сигналов и приводит к неустойчивому автосопровождению целей. 5. Возможность автозахвата и сопровождения береговых отметок. В системах автосопровождения целей различных РЛС эхо-сигналы размером до 800 метров рассматриваются как цели, которые берутся под автосопровождение. Цель размером более 800 метров в направлении наблюдения или в направлении перпендикулярном ему, рассматривается как массив суши. Это ограничение проявляется, когда изображение береговой черты раздроблено. В то же время, точечные цели, расположенные вблизи сплошной береговой черты не будут захватываться из-за срабатывания программы запрета захвата. Цели, расположенные за эхо-сигналами мыса, имеющего вытянутую форму, полосы дождя, мола и т. д. воспринимаются как берег, а потому не берутся под автосопровождение. 6. В момент маневра целиинформация о параметрах ее движения является недостоверной, а отображение маневра происходит с запаздыванием. Это связано с тем, что определение параметров движения цели возможно только при прямолинейном равномерном движении. 7. Сброс цели из-под автосопровождения при ее резком маневре. 8. Точность ЛОД (линии относительного движения) выше точности ЛИД (линии истинного движения). Это вызывается влиянием погрешностей гирокомпаса и лага сигналы которых используются при формировании истинного движения в РЛС.

9.Низкое усиление приемника РЛС приводит к тому, что некоторые цели могут быть не обнаружены на больших расстояниях. 10. Радиолокационные теневые сектора, создаваемые такими препятствиями, как дымовые трубы, мачты, колонки, грузовые краны и т. п. своего судна, а также береговые сооружения, объекты на море (суда, маяки и т. д.), когда они находятся на пути пучка лучей РЛС, отрицательно влияют на ее работу. Цели, которые находятся за этими препятствиями, могут быть не обнаружены или теряться из-под автосопровождения, а ложные эхо-сигналы в теневых секторах заставляют срабатывать систему захвата, брать их под сопровождение и отображать вектор. 11. Возможно неправильное деление целей на подвижные и неподвижные, За неподвижную цель может приниматься любая цель, вычисленная скорость которой менее 1,5 – 2 узла. 12. При переходе с большой шкалы дальности на меньшую возможно снятие с автосопровождения всех целей, которые оказались за пределом установленной шкалы. 13. Явление сверхрефракции может привести к появлению на экране сильного эхо- сигнала от объекта, удаленного на расстояние, которое больше, чем размер выбранной шкалы дальности, что приводит к неправильной оценке дальности до реального объекта. Если такой эхо – сигнал устойчив и он удовлетворяет условиям обнаружения и критериям сопровождения, то данные о курсе и скорости этой цели будут содержать ошибку. 14. Качка судна и его рысканиепри волнении моря вызывают нестабильную работу системы автосопровождения целей, что приводит большому разбросу значений параметров их движения. 15. Работа САРП не эффективна на малых шкалах дальности, особенно в узкостях при близко расположенной береговой черте и объектах на берегу и на воде, отчего возможны ложные захваты, а также при частом маневрировании нашего и других судов и при малых глубинах и значительных скоростях течений. Все эти факторы могут сильно влиять на достоверность радиолокационной информации.

Источник

Автоматическое сопровождение цели способы

2.5. Особенности сопровождения движущихся целей

Основным фактором, влияющим на сопровождение движущихся целей на фоне пассивных помех, является необходимость выделять сигнал ошибки из смеси сигнала, шума и коррелированной пассивной помехи [1]. Использование в тракте обработки устройств подавления помехи облегчает решение задачи сопровождения, однако при этом остается ряд специфических проблем. Принципиально строгое решение задачи обеления коррелированной пассивной помехи обеспечивает после обеляющего фильтра наличие смеси сигнала с белым шумом. Однако невозможность на практике реализовать оптимальную систему обеления пассивной помехи приводит к тому, что на вы ходе квазиоптимального обеляющего фильтра имеются остатки пассивной помехи из-за ее «недообеления» или «переобеления». Остатки пассивной помехи ввиду большого динамического диапазона помехи на входе системы ухудшают отношение сигнала к шуму, что приводит к увеличению флуктуационных ошибок сопровождения, и, кроме того, из-за протяженного характера пассивной помехи могут вызывать ошибки смещения. Поэтому разработка помехоустойчивых систем автосопровождения движущихся целей имеет важное значение в радиолокации.

Автоматическое сопровождение целей по дальности и угловым координатам (направлению) осуществляется совмещением нулевой точки характеристик временного или углового дискриминатора с серединой отраженного импульса на выходе приемника или с направлением на цель. При этом обычно существует определенная логика поиска и захвата выбранной цели. Чаще всего она сводится к захвату цели по скорости, сопровождению ее по скорости, захвату цели по дальности, ее автосопровождению по дальности и затем уже к захвату и автосопровождению этой цели по направлению. Такой порядок захвата и сопровождения цели (или ряда целей) предполагает фильтрацию сигнала, стробирование (селектирование) приемника селектирующими по дальности импульсами и образование канала (каналов) сопровождения целей [1]. При этом для радикального решения задачи защиты от пассивных помех селектирование приемного канала необходимо производить после устройства подавления пассивных помех (так называемая классическая схема [2]), как показано на рис. 2.35. Однако системы подавления, такие же как в канале обнаружения, нерациональны для использования в каналах сопровождения из-за своей сложности. Поэтому в каналах автосопровождения по дальности применяются более простые устройства подавления в виде доплеровских фильтров в плечах временного дискриминатора (рис. 2.36). На выходах интеграторов в схемах рис. 2.35 и 2.36 напряжение пропорционально площади перекрытия во времени отраженного и селекторного импульсов (СИ) и изменяется по амплитуде в соответствии с частотой Доплера при движении цели. Полосовые доплеровские фильтры выделяют сигналы только движущейся и отселектированной по дальности цели. После детектирования интенсивность (уровень) этих сигналов сравнивается вычитающим устройством и таким путем формируется сигнал ошибки (СО).

Рис. 2.35

Рис. 2.36

Как известно, существует две основные группы РЛС сопровождения по направлению: РЛС с коническим сканированием и моноимпульсные (многоканальные) РЛС.

На рис. 2.37 приведена схема одноканальной РЛС с коническим сканированием и с защитой канала углового автосопровождения от пассивных помех, а на рис. 2.38 — спектральный состав сигналов и помех в различных точках такого устройства автосопровождения.

Рис. 2.37

Рис. 2.38

Система автосопровождения по направлению использует сигнал, отселектированный по дальности с помощью стробирования УПЧ селекторным импульсом. На фазовый детектор могут подаваться сигналы когерентного гетеродина в случае режима внутренней когерентности или сигнала помехи с линии задержки либо помехового гетеродина [2] в режиме внешней когерентности. Детектор огибающей растягивает импульсы на период повторения, а доплеровский фильтр отфильтровывает спектральную составляющую’сигнала движущихся целей на частоте f_д в диапазоне частот f_{д min} — F_п/2. После детектирования в детекторе и фильтрации фильтром сканирования (ФСк) выделяется сигнал ошибки на частоте сканирования F_ск. Рассматриваются два варианта системы с внешней (рис. 2.38, б) и внутренней (рис. 2.38, а) когерентностью.

Когерентно-импульсная РЛС, построенная по схеме с внутренней когерентностью, имеет преимущество перед РЛС, построенной по схеме с внешней когерентностью, заключающееся в том, что в первом случае осуществляется линейное преобразование спектров сигналов при сравнении в фазовом детекторе, исключающее расширение спектральных составляющих сигналов движущихся целей. На против, если в качестве опорных используются сигналы неподвижных целей или помехового гетеродина, в схеме с внешней когерентностью при сравнении происходит взаимная модуляция (образование комбинационных составляющих), приводящая к изменениям спектра сигналов движущихся целей.

Появление дискретных составляющих на частоте сканирования после детектора в системе с внешней когерентностью объясняется существованием когерентной жесткой связи спектральных составляющих частоты сканирования для сигналов движущихся целей, играющих основную роль в преобразовании спектров двухтактным детектором. Следует отметить, что если в спектре сигнала от неподвижных целей есть составляющие частоты сканирования (крупная структура), то они исчезают после детектора в системе с внутренней когерентностью, что объясняется линейным преобразованием спектров в фазовом детекторе и существованием когерентной связи этих составляющих при преобразовании сигналов детектором. Это важное преимущество систем с внутренней когерентностью.

Таким образом, на выходе фильтра сканирования образуется сигнал ошибки на частоте сканирования F_ск и сигнал помехи, пропорциональный интенсивности спектральных составляющих сигнала от неподвижных целей в полосе пропускания системы автосопровождения. Поскольку последняя выбирается исходя из необходимых динамических свойств системы, она не может быть сделана малой. Поэтому при наличии отражений от неподвижных целей, особенно Протяженных, ошибки системы сопровождения резко возрастают даже при наличии блока подавления сигналов от неподвижных целей.

Точность РЛС с защитой от пассивных помех при автосопровождении точечной цели подробно рассмотрена в работе [2] и иллюстрируется графиками относительных нормированных ошибок автосопровождения σ_θн. В зависимости от режима работы РЛС, режима детектирования и отношения мощности пассивной помехи к мощности собственного шума q_п (рис. 2.39). На рисунке обозначено: 1 — идеальная система; 2(1) — РЛС с внутренней когерентностью; 3(2) — РЛС с внешней когерентностью с линейным Д; 4(3) — РЛС с внешней когерентностью с помеховым гетеродином; 5(4) — РЛС с внешней когерентностью с квадратичным детектором (цифра в скобках относится к рис. 2.42).

Рис. 2.39

На рис. 2.40 и 2.41 приведены структурные схемы моноимпульсных амплитудной и суммарно-разностной РЛС сопровождения целей по направлению [2].

Рис. 2.40

Рис. 2.41

В простой амплитудной системе (рис. 2.40) в каналах углового дискриминатора осуществляются фазовое детектирование селектированных по дальности в логарифмических УПЧ (ЛУПЧ) сигналов цели с помехой, растяжение импульсов на весь период повторения с помощью детектора огибающей, фильтрация доплеровским фильтром сигнала движущейся цели и детектирование сигналов в каждом канале. Путем вычитания сигналов на выходе каналов формируется сигнал ошибки, управляющий антенной. В качестве опорного сигнала в фазовых детекторах в режиме с внутренней когерентностью используется сигнал когерентного гетеродина, в режиме с внешней когерентностью с совмещенной помехой — задержанный сигнал помехи и, наконец, при несовмещенной помехе — сигнал помехового гетеродина.

В суммарно-разностной системе (рис. 2.41) обработка в каналах углового дискриминатора происходит точно так же, как ив системе рис. 2.40. Различие заключается в том, что сигнал ошибки формируется с помощью фазового детектора, реагирующего на сторону отклонения цели от равносигнального направления, так как разность и сумма сигналов облучателей антенн, формируемые с помощью гибридного кольца, в зависимости от стороны отклонения цели от равносигнального направления будут либо в фазе, либо в противофазе.

Анализ ошибок автосопровождения в таких системах показывает, что при наличии пассивных помех, неравномерно распределенных в пространстве, появляются систематические (ошибки смещения) и флуктуационные ошибки. В [2] утверждается, что характер ошибок в различных моноимпульсных или многоканальных РЛС сопровождения при любых режимах работы с внешней и внутренней когерентностью такой же, как и при автоматическом слежении по направлению (АСН) с коническим сканированием. При этом ошибка смещения зависит от неравенства мощностей остатков пассивной помехи в каналах углового дискриминатора и крутизны дискриминационной характеристики. Для различных случаев обработки сигналов характер изменения систематической ошибки θ_с, отнесенной к ширине луча антенны φ_л в зависимости от ширины спектра помех, отнесенной к нижней частоте среза ДФ ΔF/F₁, показан на рис. 2.42.

Рис. 2.42

Источник