×
19.06.2019
219.017.8c72

СЛЕДЯЩИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ С КОРРЕКТИРУЕМЫМ ФИЛЬТРОМ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
02156477
Дата охранного документа
20.09.2000
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Использование: в радиотехнических системах измерения параметров траекторий летательных аппаратов, таких как дальность-скорость, скорость-ускорение, угловая координата-скорость изменения угловой координаты. В этом измерителе, содержащем каналы оценки измеряемой координаты и скорости ее изменения, за счет введения коммутации производится коррекция прогнозируемых значений отслеживаемой координаты. Технический результат заключается в повышении устойчивости функционирования следящего измерителя, точности оценки сопровождаемой координаты на 15-50% и уменьшении время переходных процессов при больших ошибках первичных измерений в 1,3-1,7 раза. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиотехнических системах измерения параметров траекторий летательных аппаратов (дальность-скорость, скорость-ускорение, угловая координата-скорость изменения угловой координаты).

Известны: 1) следящий измеритель дальности, содержащий α-β- фильтр [1] (прототип); следящий измеритель, содержащий шесть фильтров Калмана [2]; линейное адаптивное устройство обработки данных, содержащее 12 фильтров Калмана [3].

Недостатками этих следящих измерителей являются либо низкая точность фильтрации данных вследствие расходимости оценок вектора состояния при нелинейном законе изменения отслеживаемых фазовых координат ([1]), либо высокие требования к вычислительной системе по объему памяти и быстродействию ([2, 3]).

Из известных технических решений наиболее близким (прототипом) является следящий измеритель дальности [1], содержащий вычитающее устройство, на первый вход которого подается измеряемая величина, а выход соединен с первым и вторым усилителями, первый сумматор, выход которого соединен с первым блоком задержки, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, третий усилитель, вход которого соединен с выходом второго усилителя, а выход с первым входом третьего сумматора, второй блок задержки, вход которого соединен с выходом третьего сумматора, а выход с четвертым усилителем и вторым входом третьего сумматора, выход четвертого усилителя соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора и вторым входом вычитающего устройства.

Известное устройство проводит обработку данных в соответствии с алгоритмом:


ΔX(k) = Xи(k)-Xэ(k); (3)

Xи(k) = X(k)+ξи(k). (5)
где X - текущее значение отслеживаемой координаты; Xэ - экстраполированное на следующий шаг обработки значение отслеживаемой координаты, Xи - измеренное значение отслеживаемой координаты; X0 - начальное значение отслеживаемой координаты, текущее, экстрополированное и начальное значения скорости изменения отслеживаемой координаты соответственно; оценки отслеживаемой координаты и скорости ее изменения соответственно; ξид - шум измерений с математическим ожиданием, равным нулю, и известной дисперсией; k - шаг дискретизации; ΔT - интервал обработки; α и β - постоянные коэффициенты усиления.

Недостатком прототипа является низкая точность сопровождения фильтруемых параметров вследствие постоянства коэффициентов α и β, выбор которых производится с учетом противоречивых требований к точности и устойчивости сопровождения цели: увеличение значений α и β приводит к повышению точности оценивания координат при снижении запаса устойчивости, кроме этого, при появлении в законе изменения сопровождаемой координаты второй и более высоких производных, возникают нарастающие во времени динамические ошибки сопровождения, что неизбежно приведет к его срыву.

Таким образом задачей изобретения является повышение точности и устойчивости работы следящего измерителя с α-β-фильтром в условиях неопределенности закона изменения сопровождаемой координаты и интенсивностей шумов системы.

Поставленная задача достигается тем, что в следящий измеритель с α-β-фильтром, содержащий вычитающее устройство, на первый вход которого подается измеряемая величина, а выход соединен с первым усилителем и вторым усилителем, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, первый сумматор, выход которого соединен с первым блоком задержки, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй блок задержки, вход которого соединен с выходом третьего сумматора, а выход с третьим усилителем и вторым входом третьего сумматора, выход третьего усилителя соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора и вторым входом вычитающего устройства дополнительно введены первый и второй коммутаторы, выходы которых соединены соответственно с третьими входами первого и третьего сумматоров, коммутирующие входы коммутаторов соединены с выходом порогового устройства, вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, коммутирующий вход первого коммутатора соединен с выходом первого перемножителя, первый вход которого соединен с выходом первого вычислителя, коммутирующий вход второго коммутатора соединен с выходом второго перемножителя, первый вход которого соединен с выходом второго вычислителя, вход которого соединен с выходом первого вычислителя, вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, вторые входы первого и второго перемножителей соединены с выходом вычитающего устройства.

На чертеже представлена структурная электрическая схема следящего измерителя с корректируемым α-β-фильтром, где 1 - вычитающее устройство, 2 - первый усилитель, 3 - первый сумматор, 4 - первый блок задержки, 5 - второй сумматор, 6 - первый вычислитель, 7 - первый перемножитель, 8 - первый коммутатор, 9 - третий усилитель, 10 - пороговое устройство, 11 - второй вычислитель, 12 - второй перемножитель, 13 - второй коммутатор, 14 - второй усилитель, 15 - третий сумматор, 16 - второй блок задержки.

Функционально следящий измеритель состоит из фильтра оценки измеряемой координаты, в состав которого входят последовательно соединенные вычитающее устройство 1, первый усилитель 2, первый сумматор 3, первый блок задержки 4 и второй сумматор 5, из фильтра оценки скорости изменения измеряемой координаты, в состав которого входят последовательно соединенные второй усилитель 14, третий сумматор 15, второй блок задержки 16 и третий усилитель 9, и из блока коррекции оцениваемых параметров, в состав которого входят первый вычислитель 6, первый перемножитель 7, первый коммутатор 8, пороговое устройство 10, второй вычислитель 11, второй перемножитель 12 и второй коммутатор 13.

Алгоритм работы следящего измерителя с корректируемым α-β-фильтром описывается следующими уравнениями:



ΔX(k) = Xи(k)-Xэ(k); (9)

в которых корректирующие поправки uд(k) в канале оценки отслеживаемой координаты и uv(k) в канале оценки ее производной вычисляются в соответствии с выражениями
uд(k) = кру1ΔX(k), uv(k) = кру2ΔX(k), (11)
а измеренное значение отслеживаемой координаты, как и ранее, равно
Xи(k) = X(k)+ξи(k), (12)
где ξи(k) - шум измерений.

Коэффициенты усиления кру1 и кру2 невязки ΔX(k) в (11) вычисляются по формулам


где α и β - постоянные коэффициенты, ΔX0 - допустимая величина ошибки сопровождения.

Рассмотрим, как происходит формирование этого алгоритма. За один такт T до начала работы α-β-фильтра с коррекцией по результатам предварительных измерений в каналы оценки отслеживаемой координаты и скорости ее изменения через первый 4 и третий 15 сумматоры соответственно вводятся начальные значения отслеживаемой координаты X0 и скорости ее изменения которые в виде через время T формируются на выходах блоков задержки 4 и 16. Усиленное в T раз значение складывается во втором сумматоре 5 с в результате чего формируется экстраполированное значение отслеживаемой координаты Xэ(k) (10), которое подается на второй вход вычитающего устройства 1. При поступлении измеренного значения отслеживаемой координаты Xи (12) на выходе вычитающего устройства 1 формируется невязка измерений ΔX(k) (9), которая поступает на первый 2 и второй 14 усилители, первый вычислитель 6, первый 7 и второй 12 перемножители и на пороговое устройство 10. Если величина невязки ΔX(k) (9) не превышает допустимой величины ошибки сопровождения ΔX0 (6), то с выхода порогового устройства 10 сигналы на коммутаторы 8 и 13 не поступают и соответственно не поступают сигналы и на входы первого 3 и третьего 15 сумматоров соответственно с первого 7 и второго перемножнтелей 12. На входы первого 3 и третьего 15 сумматоров подаются соответственно, усиленные в первом усилителе 2 в α раз, а во втором усилителе 14 в β/ΔT раз, значения невязки ΔX(k). На выходе первого сумматора 3 в соответствии с (7) формируется оценка отслеживаемой координаты В канале оценки скорости изменения отслеживаемой координаты на выходе третьего сумматора 15 в соответствии с (8) формируется оценка скорости изменения отслеживаемой координаты Полученные оценки далее используются потребителями и при формировании экстраполированного значения отслеживаемой координаты Xэ(k) и ее производной в соответствии с (10) на следующий такт измерений.

Если величина невязки ΔX(k) (9) превышает допустимую величину ошибки сопровождения ΔX0 (6), то с выхода порогового устройства 10 на коммутаторы 8 и 13 поступают коммутирующие сигналы, в результате чего на входы первого 3 и третьего 15 сумматоров подаются соответственно значения невязки ΔX(k), усиленные в первом перемножителе 7 в кру1 раз, и во втором перемножителе 12 в кру2 раз. Величина кру1 формируется в соответствии с (13) в первом вычислителе 6. Величина кру2 формируется в соответствии с (14) во втором вычислителе 11 в результате усиления сигнала кру1 в (1-β)/(1-α)ΔT раз. В результате такой коммутации коррекция прогнозируемых значений Xэ в канале отслеживаемой координаты и в канале оценки скорости ее изменения будет более интенсивная, адаптируемая к текущим ошибкам прогноза.

В литературе рассматриваются и другие теоретические подходы к решению задачи повышения точности оценивания фильтрами Калмана, основанные на текущем контроле сходимости с автоматическим изменением коэффициентов усиления невязки по результатам контроля, например в [4]. Однако сравнение заявленного α-β-фильтра с фильтром, корректируемым по алгоритму, синтезированному по методике рассмотренной в [4], показывает, что в заявленном фильтре коррекция осуществляется только тогда, когда ошибки фильтрации превышают заданный порог. Если же порог не превышается, то в фильтр не вносится никаких изменений и он обеспечивает максимальную точность фильтрации. Это обстоятельство, а также то, что вычисление корректирующих коэффициентов кру1 (13) и кру2 (14) усиления невязки ΔX (9) осуществляется с учетом как текущих ΔX, так максимально возможных ΔXмакс ошибок фильтрации, позволяет более точно оценивать отслеживаемые фазовые координаты.

Для выполнения заявленного устройства может быть использована элементная база, выпускаемая в настоящее время отечественной промышленностью.

По сравнению с прототипом использование изобретения позволяет за счет коррекции прогноза повысить устойчивость функционирования следящих измерителей, точность оценки сопровождаемой координаты на 15-50% и уменьшить время переходных процессов при больших ошибках первичных измерений в 1,3-1,7 раза.

Кроме того, предложенный алгоритм практически не требует ни повышения быстродействия вычислителя, реализующего его вычисление, ни увеличения объема его памяти.

Литература
1. Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Радио и связь, 1986, стр. 166.

2. Авторское свидетельство СССР N 1061082 кл. G 01 S 13/66, 1983.

3. Авторское свидетельство РФ N 2052835 кл. G 01 S 13/02, 1996.

4. Меркулов В.И., Лепин В.Н. Авиационные системы управления. - М.: Радио и связь, 1997, стр. 103.

Следящийизмерительскорректируемымфильтром,содержащийвычитающееустройство,напервыйвходкоторогоподаетсяизмеряемаявеличина,авыходсоединенспервымусилителемивторымусилителем,выходкоторогосоединенспервымвходомтретьегосумматора,первыйсумматор,выходкоторогосоединенспервымблокомзадержки,выходкоторогосоединенспервымвходомвторогосумматора,второйблокзадержки,входкоторогосоединенсвыходомтретьегосумматора,авыходстретьимусилителемивторымвходомтретьегосумматора,выходтретьегоусилителясоединенсвторымвходомвторогосумматора,выходкоторогосоединенсвторымвходомпервогосумматораивторымвходомвычитающегоустройства,отличающийсятем,чтовнеговведеныпервыйивторойкоммутаторы,выходыкоторыхсоединенысоответственностретьимивходамипервогоитретьегосумматоров,коммутирующиевходыкоммутаторовсоединенысвыходомпороговогоустройства,входкоторогосоединенсвыходомвычитающегоустройства,коммутирующийвходпервогокоммутаторасоединенсвыходомпервогоперемножителя,первыйвходкоторогосоединенсвыходомпервоговычислителя,коммутирующийвходвторогокоммутаторасоединенсвыходомвторогоперемножителя,первыйвходкоторогосоединенсвыходомвтороговычислителя,входкоторогосоединенсвыходомпервоговычислителя,входкоторогосоединенсвыходомвычитающегоустройства,вторыевходыпервогоивторогоперемножителейсоединенысвыходомвычитающегоустройства.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 13 items.
20.03.2019
№219.016.e37e

Способ определения количества целей в группе

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокационной технике для определения количества целей в группе в условиях. Технический результат заключается в повышении вероятности правильной оценки количества целей в группе. Способ заключается в том, что выполняют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002260196
Дата охранного документа: 10.09.2005
20.03.2019
№219.016.e43c

Способ упрочнения титановых сплавов (варианты)

Изобретение относится к технологическим методам повышения конструкционной прочности металлов и сплавов, в частности к пластической деформации, термической и термомеханической обработкам, используемым в машиностроении, авиастроении и др. Техническим результатом изобретения является увеличение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02202629
Дата охранного документа: 20.04.2003
20.03.2019
№219.016.e499

Способ адаптивного цифрового обнаружения сигналов

Изобретение относится к области радиолокации. Технический результат заключается в сокращении вычислительных ресурсов при обнаружении сигнала в условиях стационарной в пределах окна помехе и наличии мешающих сигналов при параметрической стабилизации уровня ложных тревог. Способ заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002237258
Дата охранного документа: 27.09.2004
30.03.2019
№219.016.f941

Двухдиапазонный следящий угломер

Двухдиапазонный следящий угломер предназначен для измерения угловых координат радиоконтрастных объектов (РКО) и содержит два фильтра отслеживаемых координат для горизонтальной и вертикальной плоскостей, состоящие каждый из канала оценки значения угла визирования (РКО), канала оценки значения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002252434
Дата охранного документа: 20.05.2005
30.03.2019
№219.016.f944

Способ управления инерционным приводом антенны

Изобретение относится к радиоэлектронным следящим системам по направлению. Технический результат заключается в повышении точности и устойчивости сопровождения. Способ управления приводом антенны заключается в том, что сигнал управления приводом антенны формируется на основе ошибок сопровождения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02216030
Дата охранного документа: 10.11.2003
10.04.2019
№219.017.00f9

Способ наведения летательного аппарата на интенсивно маневрирующую воздушную цель

Изобретение относится к системам самонаведения летательных аппаратов (ЛА). Сущность способа наведения заключается в том, что измеряют значение дальности от летательного аппарата до цели на момент начала самонаведения, текущую скорость сближения с ней, угловые скорости линии визирования и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002254542
Дата охранного документа: 20.06.2005
10.04.2019
№219.017.0165

Способ обзора пространства в радиолокационной системе с фазированной антенной решеткой

Изобретение относится к радиолокации и заключается в том, что область пространства, в которой осуществляют поиск радиоконтрастных объектов (РКО), задают в виде телесного угла, разделенного на N угловых позиций. Проверяют наличие целеуказаний об угловой позиции, где предположительно находится...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02237909
Дата охранного документа: 10.10.2004
10.04.2019
№219.017.01b3

Способ обработки изделий из твердых сплавов на основе монокарбида вольфрама

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к способам радиационной модификации изделий из твердых сплавов, в частности, к изделиям из твердых сплавов, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием. Предложенный способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002220819
Дата охранного документа: 10.01.2004
10.04.2019
№219.017.01d2

Способ измерения дальности до летательных аппаратов

Способ измерения дальности до летательных аппаратов, основан на управляемом изменении периода повторения зондирующих импульсов, заключается в том, что излучают пачки радиоимпульсов с базовым периодом повторения импульсов (ППИ) в пачке, равном Т, принимают отраженные от ЛА пачки радиоимпульсов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02219558
Дата охранного документа: 20.12.2003
10.04.2019
№219.017.0209

Универсальный способ наведения самолетов на наземные цели

Изобретение относится к системам наведения, в частности к системам самонаведения самолетов на наземные цели. Сущность изобретения заключается в том, что требуемые значения бортового пеленга и угловой скорости линии визирования цели в горизонтальной плоскости определяют по определенным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02210801
Дата охранного документа: 20.08.2003
+ добавить свой РИД