Постановка задачи определения координат и параметров движения объектов по данным пассивных средств подводного наблюдения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Постановка задачи определения координат и параметров движения объектов по данным пассивных средств подводного наблюдения

В докладе приводится обоснование постановки задачи определения координат и параметров движения морских объектов, отличительной особенностью которой является учет и совместная обработка всей возможной и доступной для решения задачи информации, циркулирующей в современных средствах подводного наблюдения.

Введение

Информационным базисом для решения навигационных и тактических задач являются сведения о положении объектов относительно наблюдателя и параметрах их движения [1-3]. Актуальной прикладной задачей является определение координат и параметров движения объекта (КПДО) по данным пассивных средств наблюдения.

Анализ литературы, описывающей различные методы определения КПДО по данным пассивных средств наблюдения [4], показал, что традиционная постановка задачи требует синтезировать вычислительную процедуру определения КПДО исключительно по набору пеленгов на объект (угломерным измерениям положения объекта относительно наблюдателя). Хотя за последние десять лет появились публикации, которые расширяют традиционную постановку введением ограничений на значения КПДО, обусловленные как физическими свойствами объекта, так и потенциальными возможностями средств наблюдения, при помощи которых наблюдатель оценивает местоположения объекта [5].

Публикации о состоянии и перспективах развития современных средств пассивного подводного наблюдения позволяют утверждать, что благодаря совершенствованию технических средств наблюдения, разработки новых алгоритмов обработки информации [6], в том числе согласованных с гидроакустической средой, для определения КПДО помимо пеленга объекта может быть привлечена информация, добываемая в результате анализа и классификации сигнала объекта.

Предлагаемый доклад посвящен обоснованию постановки задачи определения КПДО, учитывающей всю возможную совокупность сведений о положении и движении объекта, вырабатываемую современными пассивными средствами подводного наблюдения, что создает предпосылки для повышения точности и сокращение времени определения КПДО в сравнении с традиционной постановкой задачи.

Предпосылки для расширения традиционной постановки задачи

Анализ литературы [4,6] показал, что в современных средствах подводного наблюдения существует несколько источников сведений, которые могут быть использованы для определения КПДО, а именно:

- средства пассивного определения дальности объекта;

- средства спектрального анализа сигнала объекта;

- средства классификации объекта.

Рассмотрим каждое из средств и его возможный вклад в определение КПДО.

Средства пассивного определения дальности объекта

Современные средства подводного наблюдения оснащаются развитыми антенными системами, позволяющими реализовывать различные методы пассивного определения дальности объекта. Например, в [6] приводится факт, что на германской подводной лодке U214 размещаются бортовые протяженные антенны, обеспечивающие определение дальности объектов триангуляционным и разностно-дальномерным методами.

В [7] перечислены 7 физических методов определения дальности. Эти методы существенно различаются по точности и, кроме того, каждый из методов имеет свои границы применимости, на практике, как правило, используется не один, а совокупность методов. В [7] предлагается комплексный метод определения дальности.

С учетом [6] и [7] можно сделать вывод, что в настоящее время существуют технические средства и алгоритмы обработки информации, обеспечивающие определение дальности с среднеквадратической ошибкой 20-40% от истинной дальности [7]. Как правило, такая точность неудовлетворительна для практического использования, однако, совместно с оценкой пеленга позволяет получить информацию о вероятном местоположении объекта.

Средства спектрального анализа сигнала объекта

Средства подводного наблюдения оснащаются система спектрального анализа шумов объектов с целью выявления признаков, необходимых для их классификации [6].

Известно [8], что спектр амплитудной огибающей шума цели содержит информацию о частотах вращения гребных винтов объекта, которые напрямую связаны со скоростью его хода. Таким образом, при достаточном соотношении сигнал-помеха по амплитудному спектру сигнала может быть оценена вероятная скорость движения объекта.

Средство классификации

Средства классификации обеспечивают оценку класса цели на основе анализа сигнала объекта, а также положении и параметрах его движения.

Успешная классификация объекта позволяет ввести ограничения на дальность и параметры его движения. Введение ограничения на дальность объекта при условии его классификации обусловлено ограниченной зоной действия средства наблюдения. Ограничение скорости связано с физическими свойствами объекта. Например, по шуму человек может различить велосипед и автомобиль, и наиболее вероятная скорость велосипеда существенно меньше скорости автомобиля.

Таким образом, традиционная постановка задачи определения КПДО может быть расширена за счет учета информации, вырабатываемой средствами классификации, пассивного определения дальности и спектрального анализа сигнала объекта.

Постановка задачи определения КПДО

координата пассивный подводный наблюдение

Пусть есть подвижный объект, на котором размещается средство наблюдения, далее будем называть его "наблюдатель" и объект, движущийся равномерном и прямолинейно курсом и скоростью . Скорость перемещения наблюдателя и его курс известны. Схема перемещения наблюдателя и объекта приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема перемещения наблюдателя и объекта

Носитель производит наблюдение за объектом, в ходе которого осуществляется:

1) оценивание пеленга объекта ;

2) оценивание дальности объекта пассивными методами ;

3) оценивание скорости объекта по шумоизлучению ;

4) оценивание курса объекта на основе , по методике, изложенной в [2];

5) классификация объекта, где в случае принятия решения о его классе , возможно использование следующих данных:

- плотность распределения дальности объекта ;

- плотность распределения скорости объекта ;

- плотность распределения курса объекта .

Введем вектор оцениваемых параметров , причем

, (1)

где: проекции дальности до цели, соответствующей t-му моменту времени, на ось Ox и Oy декартовой системы координат, начало отсчета которой совпадает с начальным положением наблюдателя, а ось Oy ориентирована на север.

Модель оценки пеленга объекта определяется следующей формулой:

, (2)

где: истинный пеленг объекта;

ошибка оценки пеленга объекта, являющаяся центрированной гауссовской случайной величиной со средним квадратическим отклонением (точность пеленгования).

Модель оценки дальности до объекта определяется следующей формулой:

, (3)

где: истинная дальность до объекта;

ошибка оценки дальности цели, являющаяся центрированной гауссовской случайной величиной со средним квадратическим отклонением (погрешность метода определения дальности в пассивном режиме работы средства наблюдения).

Модель оценки скорости объекта определяется следующей формулой:

, (4)

где: истинная скорость объекта;

ошибка оценки скорости объекта, являющаяся центрированной гауссовской случайной величиной со средним квадратическим отклонением (ошибка метода определения скорости объекта).

Модель оценки курса объекта определяется следующей формулой:

, (5)

где: истинный курс объекта;

ошибка оценки курса объекта, являющаяся центрированной гауссовской случайной величиной со средним квадратическим отклонением (ошибка метода определения курса объекта).

Требуется разработать вычислительную процедуру , позволяющую получить оценку вектора , в результате совместной обработки перечисленных выше исходных данных, т.е.

. (6)

Заключение

В докладе предложена постановка задачи определения КПДО, особенностью которой является комплексное использование всей возможной и доступной информации о КПДО, вырабатываемой пассивными средствами подводного наблюдения.

Основным направлением дальнейших исследований является синтез алгоритма определения КПДО по приведенной в докладе постановке задаче.

Литература

1. Хвощ, В.А. Тактика подводных лодок. - М.: Воениздат, 1989. - 264 с.

2. Абчук, В.А. Поиск объектов / В.А.Абчук, В.Г.Суздаль - М.: Сов. радио, 1977. - 336 с.

3. Мальцев, А.С. Маневрирование судов при расхождении. - Одесса: Морской тренажерный центр, 2002. - 208 c.

4. Blackman, S. Design and Analysis of Modern Tracking Systems // S. Blackman, R.Popoli.-Artech House, 1999. - 1230 p.

5. Bavencoff, F. Constrained Bearings-Only Target Motion Analysis via Markov Chain Monte Carlo / F. Bavencoff, J. Vanpeperstraete, J.-Pierre le Cadre // IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS.-2006.-Vol. 42, No. 4 - PP.1240-1263.

6. Brinkmann, K. Broadband Passive Sonar Tracking / K. Brinkmann, J.Hurka // Proceedings of INFORMATIK 2010 - the 40th Annual Conference of the Gesellschaft fьr Informatik.-2010.-Vol.2010 - PP.812-817.

7. Машошин, А.И. Синтез оптимального алгоритма пассивного определения дистанции до цели // Морская радиоэлектроника, 2012, № 2 (40). - С.30-34.

8. Кудрявцев А.А. Об амплитудной модуляции подводного шумоизлучения гражданских судов / А.А.Кудрявцев, К.П.Лугинец, А.И.Машошин // Акустический журнал.-2003.-том 49, №2, С.224-228.

Размещено на Allbest.ru