Введение 3
Глава 1. Характеристика алгоритма сопровождения целей в радиолокационной системе 6
Предварительная обработка радиолокационного сигнала 6
Выделение объектов и вычисление их параметров 7
Прогнозирование положения отметки 8
Выбор отметки в стробе сопровождения 10
Сложные случаи сопровождения целей 11
Глава 2. Выделение объектов и вычисление их параметров 14
Общая информация 14
Алгоритм выделения связных областей 16
Усовершенствованный алгоритм выделения связных областей 18
Вычисление параметров отметок 20
Глава 3. Прогнозирование положения отметки, определение манёвра 24
Прогнозирование положения отметки 24
Сравнение алгоритмов с использованием линейной и квадратичной модели движения 27
Строб сопровождения отметки 29
Определение маневра 29
Глава 4. Выбор отметки в области сопровождения 31
Первый этап обработки 31
Второй этап обработки 31
Третий этап обработки 33
Заключение 35
Список литературы:
Радиолокационная станция (РЛС) — система для обнаружения и определения параметров (положения, размеров, скорости) морских, воздушных, наземных объектов. Возможность обнаружения с помощью РЛС надводных объектов позволяет использовать её не только как средство обеспечения навигационной безопасности, но и как средство расхождения с другими объектами.
Проектирование алгоритма разрешения сложных ситуаций движения судов используя данные, полученные от РЛС, оказалось нетривиальной задачей. Частые случаи столкновения морских судов в частности и аварийных ситуаций в целом потребовали разработку средства автоматизированной радиолокационной прокладки (САРП), тем самым обеспечив безопасное движение судов в зоне контроля.
Модуль САРП обеспечивает возможность безопасного разрешения ситуаций, вызванных сложным движением судов в зоне контроля. Наблюдение за движением объекта позволяет получить траекторию судна, оценить скорость и расстояние между объектами на экране и использовать предупредительный сигнал с указаниями действий необходимых для предотвращения конфликтных ситуаций.
Также данный модуль может использоваться для охраны территории - автоматически локализовать объекты и предоставлять их координаты оператору.
Для своевременного предотвращения аварийных ситуаций и обеспечения контроля, необходимо, чтобы система сопровождения удовлетворяла ряду критериев:
1) Точность расчёта параметров сопровождаемого судна - географические координаты, курс, скорость, оценка размеров;
2) Сопровождение в реальном времени - изменения параметров движения объекта должны предоставляться на лету, то есть разница во времени между изменениями параметров и их расчётом должна быть минимальна;
3) Возможность своевременной индикации манёвра судна - сообщение о резком изменении курса или скорости судна должно поступать вовремя;
4) Возможность сопровождения большого числа объектов - в зоне действия РЛС должны быть локализованы все суда;
5) Корректность работы модуля в случаях сильных морских волнений;
6) Возможность дифференциации объектов с пересекающимися траекториями.
Необходимо, чтобы все перечисленные параметры были реализованы при разработке алгоритма сопровождения, что является нетривиальной задачей, ввиду ограничения по вычислительным мощностям. В первой главе данной работы описывается общая концепция работы модуля, на примере алгоритма, реализованного в индикаторе «Нева-ОПВ», его плюсы и минусы. Весь алгоритм разбит на несколько модулей, каждый из которых подробно описан и оценен. В главах 2-4 приведён ряд усовершенствований данных модулей, которые обеспечивают более быструю и точную оценку данных, получаемых с радиолокационной системы.
Так, во второй главе рассматривается алгоритм разбора радиолокационной информации с использованием вычислений на видеопроцессоре. Данные технологии позволяют значительно ускорить обработку и получить геометрические характеристики всех объектов в зоне действия РЛС за конечное время, удовлетворяющее условиям, описанным выше.
В третьей главе работы описывается метод прогнозирования положения судна, его сравнение с методом, использующим в своей основе линейную модель движения на основе графиков, полученных в результате применения этих методов. Также здесь описан алгоритм выявления манёвра.
В четвёртой главе представлен трёхступенчатый метод нахождения подходящих отметок в области поиска (стробе). Этот алгоритм учитывает данные, полученные на предыдущих шагах, что позволяет выбрать нужную отметку даже в сильно зашумлённой увеличенной из-за наличия манёвра области.
В данной работе было представлено средство автоматизированной радиолокационной прокладки успешно реализующее обнаружение и сопровождение морских судов. Одним из модулей такого типа является алгоритм, реализованный в индикаторе «Нева-ОПВ». В первой главе была описана основная концепция этого алгоритма, оценены его достоинства и недостатки. Далее были приведены усовершенствования для данного алгоритма, улучшающие сопровождение целей в случаях:
• Малых маневрирующих судов;
• Сильных помех от морского волнения.
Время выполнения алгоритма было сокращено за счёт использования вычислений на видеопроцессоре; это привело к возможности расширения охватываемой РЛС области обработки и увеличения количества единовременно сопровождаемых объектов.
Также, в связи с тем, что были использованы метод наименьших квадратов для квадратичной модели движения и трёхэтапный алгоритм селекции отметок в стробе сопровождения, появилась возможность сопровождения быстрых маневрирующих судов.
На рисунке показана работа алгоритма, реализованного в индикаторе «Нева-ОПВ». На рисунке 1 изображены дискретные траектории (зелёные пятна) двух небольших быстроходных объектов (жёлтые пятна), идущих по пересекающимся траекториям. Зелёная и тёмно-синяя кривые построены по координатам расположения отметки в момент сопровождения - непрерывная траектория сопровождения. По траекториям сопровождения видно, что во время второго пересечения траекторий произошёл перескок - в качестве истинной была принята неправильная отметка, что привело к сопровождению ложного объекта. Серыми линиями показаны рассчитанные направления движения: одна из отметок была потеряна - ее линия начинается с места, где жёлтой отметки уже нет.
На рисунке 2 проиллюстрирован описанный в данной работе алгоритм. Дискретные траектории движения и непрерывные траектории сопровождения аналогичны предыдущему примеру. В данном случае сопровождение произошло успешно с поправкой на краткосрочную неопределённость в последней точке пересечения траекторий.
Описанный в данной работе алгоритм был успешно внедрён в индикатор «Смарт-Арм» и в данный момент находится в стадии тестирования.
