Исследование влияния ошибки определения угловых координат на определение координат цели в обзорной РЛС Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2016 ISSN 2410-6070

С 2007 года в нашей стране начался процесс разработки и внедрения технических регламентов. Основные цели технического регламента по рыбе и рыбопродукции - это защита здоровья граждан, защита потребителей от недоброкачественной и фальсифицированной продукции.

Производителям рыбных продуктов не следует забывать, что качество продукции играет не последнюю роль в формировании спроса на нее. Соблюдение всех требований нормативной документации и внедрение новых методов контроля качества - главные факторы успеха любого предприятия. Список использованной литературы

1. Концепция развития рыбного хозяйства Российской Федерации на период до 2020 года - электронный ресурс, режим доступа: base.garant.ru.

2. Кузнецов Л.А. Инновационные технологии управления качеством / Л.А. Кузнецов // Методы менеджмента качества. - 2008. - № 11. - С. 36-41.

3. Туватова В.Е. Разработка и обоснование технологии пресервов из осьминога: Дис. канд. техн. наук: 17.05.02/Дальневосточ. гос. технич. рыбохоз. ун-т. -Владивосток, 2002. - 480 с.

© Туватова В. Е., 2016

УДК 623

А.В. Харитонов В.Н. Жураковский

Факультет специальное машиностроение Московский государственный технический университет Г. Москва, Российская Федерация

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОШИБКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ КООРДИНАТ ЦЕЛИ В ОБЗОРНОЙ РЛС

Аннотация

В данной статье рассматривается вопрос изучение влияния ошибки определения угловых координат на определение координат цели в обзорных радиолокационных станциях кругового обзора. Для моделирования условий возникновения данной ошибки необходимо создать модель РЛС, которая содержит блоки инициализации, блок первичной и вторичной обработки информации. Для обработки поступающих отметок и их экстраполяции будем использовать а-Р фильтр. Изменяя величину ошибки измерения углового положения цели, рассчитаем ошибку определения координат и найдем их зависимость.

Ключевые слова

РЛС, а-Р фильтр, ошибка координат, угловое положение, координаты цели, круговой обзор.

Введение

Целью данного исследования является изучение влияния ошибки определения угловых координат на определение координат цели в обзорных радиолокационных станциях кругового обзора. Очевидно, что данный вопрос является одним из самых значимых при определении координат цели обзорной станцией, а также в задачах моделирования работы РЛС. Вопросы определения координат в обзорной РЛС широко освещены в литературе. Например, теоретические основы работы РЛС подробно описаны в работах [1] и [2]. В источнике [3] подробно разобраны основные этапы обработки радиолокационной информации, их основные моменты, которые применены в данной работе. Вопросы возникновения, природы и характера помех, а также защиты от них рассмотрены в [4] и использованы в расчетах, а алгоритмы, используемые в радиолокационных станциях кругового обзора, подробно разобраны в [5]. Однако, не смотря на большое количество литературы по обзорным станциям, многие вопросы обнаружения и сопровождения целей в

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2016 ISSN 2410-6070_

таких системах по-прежнему остаются актуальными.

В рамках данной исследовательской работы создана программа в среде Matlab, моделирующая некоторые процессы, происходящие в обзорной радиолокационной станции при обработке радиолокационной информации, и проведены исследования точности сопровождения.

Данная программа состоит из нескольких основных блоков:

1) Блок инициализации

2) Блок первичной обработки РЛИ

3) Блок вторичной обработки РЛИ

Блок инициализации

Данный блок выполняет следующие задачи: инициализация общих переменных и постоянных (время расчета, скорость распространения электромагнитных волн, ускорение свободного падения), переменных и постоянных, характеризующие цель и РЛС, инициализация системы координат.

Система координат выбрана таким образом, что координаты РЛС

Движение цели на различных этапах в данной модели возможно трех типов: прямолинейное без ускорения, прямолинейное с ускорением, равномерное движение по окружности (маневр).

Блок первичной обработки РЛИ

Работа данного блока начинается с введения главного цикла программы. Начальное время принимается равным нулю, шаг - период между зондирующими импульсами, а время длительности расчета задается пользователем напрямую. Вычисляется текущее положение антенны РЛС. Далее для каждой цели вычисляется значение коэффициента диаграммы направленности антенны. Для описания диаграммы направленности создана отдельная функция DN, входными данными для которой являются параметры луча РЛС (ширина, положение по азимуту и углу места), положение цели. Коэффициент рассчитывается по следующей формуле:

sin(x) DN =-—

х

Если коэффициент DN больше порога, то добавляется запись в массив обнаруженных сигналов с присвоением соответствующих параметров.

В конце каждого цикла обзора в работу включается обнаружитель пачки сигналов, а именно формируется массив, который с каждым циклом обзора сдвигается на один регистр (сдвиговый регистр). При наличии в массиве последовательности N единичных сигналов из M обзоров принимается решение о наличии отметки в данной области, которая передается в блок вторичной обработки РЛИ для дальнейших расчетов. Критерий N из Мзадается пользователем в блоке инициализации.

Блок вторичной обработки РЛИ

В блоке вторичной обработки РЛИ выполняются задачи траекторных расчетов, принадлежности отметки сопровождаемым траекториям, принадлежности отметки новой траектории, экстраполяции, расчета параметров a-ß фильтра.

Проиллюстрируем принципы построения алгоритмов цифрового фильтра на примере a-ß алгоритма. Этот алгоритм обеспечивает как сглаживание, так и экстраполяцию траектории. Он относится к алгоритмам рекурсивного типа, т. е. текущее значение оценки формируется на основе оценки, полученной на предыдущем шаге, и результата текущего измерения. С помощью алгоритма вычисляются три декартовые координаты положения цели х, у, z. Для координаты х могут быть записаны следующие уравнения (уравнения для координат у и z аналогичны):

xs(k) = хр(к) + а[хт(к) - хр(к)], В

xs(k) = хр(к) + ^ [хт(к) - хр(к)],

хр(к + 1) = xs(k), xp(k + 1) = xs(k) + xs(k)T,

где хр(к)—экстраполированная координата на k-м цикле обзора; xs(k)—координата на выходе фильтра (сглаженная); хт(к)— измеренная координата; xs(k) — значение скорости на выходе фильтра;

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2016 ISSN 2410-6070_

хр(к + 1)—значение экстраполированной скорости на (К+1)-м цикле обзора РЛС; Т—период обзора РЛС; a,ß — весовые коэффициенты фильтра.

Коэффициента фильтра вычисляются следующим образом:

2(2Ак-1) 6

а =

,ß =

Ак(Ак + 1) Ак(Ак + 1)Т где Ак - количество периодов обзора, на протяжении которых происходит сопровождение траектории. При увеличении номера цикла обзора k последние формулы принимают вид

_ 4 _ 6

а~1к,1]

При детектировании наличии маневра цели (непрямолинейное движение) величины коэффициентов сбрасываются до значений k=1 для того, чтобы не сбиться с сопровождения цели ввиду большого влияния экстраполяции координат при значениях к>1.

Процесс обработки траекторий выполняется следующим образом:

1) Каждая отметка из массива отметок сравнивается с каждой сопровождаемой траекторией. Если отметка попадает в строб подтверждения траектории (рис. 1), который расчитывается исходя из экстраполированной скорости цели ук-1 и возможному отклонению скорости за время последнего наблюдения Ар. Максимальное Аушах и минимальное АуШ1П отклонение скорости цели можно найти, зная возможную перегрузку (а), которая может действовать на цель.

bvmin = vk-1 - аМ &vmax = vk-1 + аМ

где № =

Рисунок 1 - Пояснение к процессу построения строба сопровождения траектории

Тmin vmin&t fmax = VmaxAt

Ширина строба также расчитывается из возможной перегрузки на вираже и выражается в градусах.

в =

gt4<

1

2v

Если отметка может относиться к нескольким траекториямилинесколько отметок попадают в один строб, то в массив траекторий добавляются траектории, которые строятся с учетом этих отметок.В течении дальнейших обзоров выясняем какая траектория истинная (подтверждается отметками на дальнейших обзорах), а какую нужно сбросить с сопровождения (не подтверждается отметками на дальнейших обзорах).

2) Если отметка не отнесена ни к одной траектории - проверяется гипотеза о наличии новой траектории. Для каждой отметки строится строб завязки траектории. При попадании отметки в данную область принимается решение о возможном наличии новой траектории.Строб геометрически представляет собой пространство, ограниченное двумя сферами, радиус которых равен произведению максимально и минимально возможной скорости цели и времени между двумя отметками.

3) Далее проверяем критерий сброса траектории с сопровождения. Критерием сброса

2

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2016 ISSN 2410-6070_

траектории с сопровождения является отсутствие подтверждающих отметок траекторию в течении N периодов обзора, где N задается пользователем.

На рис. 2 можно наблюдать пример результата работы программы в виде визуализации отметок, которые программа посчитала истинными (обозначены треугольниками), но не привязанными ни к одной траектории. Причина их возникновения - шумы и облака помех. Обнаруженные траектории обозначены отрезками.

На рис. 3 в свою очередь обозначены истинные траектории движения целей. Для расчета использовалось 4 цели, однако для дальнейшего изучения нам интересны всего 2, а именно №3 и №4, так как они имеют виражи в виде непрямолинейных участков движения.

-6000 -4000 -2000

2000 4000 6000

Рисунок 2 - Результаты моделирования Рис. 3 Исходные траектории целей В данном моделировании имелось 4 цели, исходные траектории которых можно увидеть на рисунке 3. Результат моделирования представляет собой совокупность обнаруженных траекторий, единичных отметок, которые не были отнесены ни к одной сопровождаемой траектории или по которым не было завязано новых траекторий. Результаты показывают уверенное обнаружение траектории при наличии областей помех на пути следования цели (искусственно созданных при помощи отражательных элементов) и наличии шума. Уверенное обнаружение обусловлено правильным подбором коэффициентов а-Р фильтра.

Приведем расчет абсолютной погрешности определения координат целей №3 на рис. 4 и №4 на рис. 5 с обозначением отрезка траектории, на которой происходили виражи. Вираж №1 цели три учитывался с переходным процессом, а вираж №2 - без переходного процесса. Выполнены несколько расчетов, в которых значение ошибки определения угловых координат меняется пользователем от 0,5 до 2 градусов.

Ви ¡раж к №1 Вираж №2

3(1

\

2 С 1£ 1С с г 1

| ij iL« ini i%Vii

> nv

\ ;

Vw, rVw

0 200

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Рисунок 4 - Расчет абсолютной погрешности определения координат цели №3 (ошибка определения углового положения равна 0,5 градуса)

200 400

300

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2016 ISSN 2410-6070

40

35 30 25 20 15 10

Вираж №1

..........I.

1 1

V'

1 1V

1 ь................

V Чм, /А

800 1000 1200 1400 1600 1800

Рисунок 5 - Расчет абсолютной погрешности определения координат цели №4 (ошибка определения углового положения равна 0,5 градуса) На рис. 6 приведен расчет мат. ожидания и среднеквадратичной ошибки для выбранных отрезков траектории. На рис. 7 приведен итоговый график зависимости среднеквадратичной ошибки от ошибки определения угловой координаты цели, который был аппроксимирован полиномом 2-й степени, по 15 результатам моделирования с углами от 0.4 до 1.8 градусов с интервалом в 0.1 градус.

3 цель 1 вираж Мат ожидание = 18.9675

с ко = 6.8742

3 цель 2 вираж Мат ожидание = 15.2054

с ко = 1.64574

4 цель 1 вираж Мат ожидание = 20.7478

с ко = 15.5121

I 3 цель 1 вираж Мат ожидание = 35.0711

с ко = 8.84933

3 цель 2 вираж Мат ожидание = 31.2717

с ко = 4.40312

4 цель 1 вираж Мат ожидание = 35.1386

с ко = 26.0369

3 цель 1 вираж Мат ожидание = 52.5636

с ко = 19.1347

3 цель 2 вираж Мат ожидание = 43.0777

с ко = 6.61999

4 цель 1 вираж Мат ожидание = 50.5802

с ко = 40.5856

Рисунок 6 - Расчет абсолютной погрешности определения координат целей №3 и №4 (ошибка определения

углового положения равна 0.5, 1, 1.5 градуса)

35

30

25

20

15-

10-

/

/

0.2 0-4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.<

Рисунок 7 - Зависимость среднеквадратичной ошибки от ошибки определения угловой координаты цели

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2016 ISSN 2410-6070

График демонстрирует наглядную картину изменения ошибки, которая влияет на определение координат цели, от увеличения ошибки определения угловых координат цели и подтверждает важность работы над минимизацией данной неточности при разработке станций радиолокационного наблюдения. Заключение

Приведенная выше программа позволяет проводить исследования работы обзорной РЛС по различным маневрирующим целям, оценивать точность сопровождения и оптимизировать как алгоритмы, так и их параметры.

Список использованной литературы:

1. Гришин Ю.П., Ипатов В.П., Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы.1990

2. Бажанов - Что такое радиолокация, Военное издательство министерства вооруженных сил союза ССР, Москва, 1948

3. Кузьмин - Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации, М., Сов. радио, 1974, 432с.

4. Канащенков А.И., Меркулов В.И. Защита радиолокационных систем от помех. Состояние и тенденции развития Радиотехника, 2003. - 416 с.

5. Саврасов Ю.С. Алгоритмы и программы в радиолокации Радио и связь, 1985. 216 с.

© Жураковский В.Н., Харитонов А.В., 2016

УДК 66-933.6

А.С. Чернышев

студент 2 курса магистратуры Севастопольский Государственный Университет

К.А. Павловская студент 2 курса магистратуры Севастопольский Государственный Университет Научный руководитель: А.Г. Карлов к.т.н., доцент кафедры «Приборные системы и автоматизация технологических процессов»

ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет»,

Политехнический институт г. Севастополь, Российская Федерация

АНАЛИЗ РЕСУРСОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ОТ ПРОБУКСОВКИ ЛЕНТЫ ШАХТНОГО ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА

Аннотация

В статье приведен анализ причин и последствий пробуксовки ленты шахтного ленточного конвейера. Рассмотрен наиболее распространенный аналоговый метод защиты конвейеров от пробуксовки ленты, отмечены его недостатки. Предложен цифровой метод защиты. Обоснована замена тахогенераторных датчиков скорости на импульсные датчики, как наиболее предпочтительные в шахтных условиях опасных по взрыву газа и угольной пыли. Предложены цифровая схема защиты ленточных конвейеров от пробуксовки ленты, дано описание ее принципа действия и отмечены ее преимущества. Обосновано применение пропорциональных серво-клапанов серии ЬИР для высокоточного регулирования натяжения ленты конвейера и повышения эффективности цифровой системы защиты ленточных конвейеров от пробуксовки ленты.

Ключевые слов

Шахта. Ленточный конвейер. Защита. Пробуксовка. Цифровой метод.