книги / Обнаружение, распознавание и пеленгация объектов в ближней локации

Р 21(Я ,5М)

б

Рис. 4.13. Зависимость коэффициентов регрессии р)2 сигналов в опера­ тивных каналах датчика от дальности Я до диффузной отражающей по­ верхности с коэффициентом отражения 0,1 (а) и 0,5 (б) при различной метеорологической дальности видимости:

= 30 м (У); 5М= 50 м (2); Su= 100м (J); 5М= 200 м (4)\ ,SM= 400 м(5); Su= 1000 м(б)

Из формулы (4.37) следует, что при работе по поверхности в замутненной атмосфере коэффициент регрессии р,* (Я , SM) зави­ сит от отношения сигнал/помеха хк(р, Н)/хк(Su) (рис. 4.13). Для реализации регрессионного способа формирования области приня­ тия решения необходимо в соответствии с метеорологической дальностью видимости Su перестраивать коэффициент регрессии

М и л , ) .

Алгоритм работы и структурная схема трехканального лазерного датчика

с адаптивным регрессионным трактом обработки сигналов

Регрессионные статистические характеристики сигналов на выходах каналов лазерного неконтактного датчика высоты зависят от дальности Я до отражающей поверхности и от метеорологиче­ ской дальности видимости SM (4.37). Зависимость коэффициента

Рис. 4.15. Зависимость коэффициентов регрессии сигналов в оператив­ ных каналах p2i (#) и сигнала в оперативном канале на сигнал в информа­ тивном канале р)3 (б) от метеорологической дальности видимости 5Мго­ могенных метеообразований

ности срабатывания по поверхности лазерного датчика с адаптив­ ным регрессионным трактом принятия решения. В реальных сис­ темах оценки амплитуд сигналов по каналам х, (р, H ,SM), напри­

мер по методу максимального правдоподобия, могут быть получе­ ны на выходах оптимальных линейных фильтров, согласованных с отраженными сигналами.

Тогда на основании формулы (4.39) алгоритм работы трехка­ нальной регрессионной адаптивной системы при обработке одного

Обозначив \b - а(Н0)]С - d (Я0), из выражения (4.41) получим

*1 (Р, Я, 5М) + х2(р, H,SM) ~ К\хг (р, Я ,SM) - о(Я 0 )х, (р, Я, 5М) -

На основании (3.4) алгоритм (4.42) можно представить в виде системы неравенств:

*1 (Р> Я, Su)[1 + Ка(Н0)]- х2 (р, H,SM)(K -\) + Kd(Я0)х3 (SM)>U„0?l

(4.43) *2 (р, Я, 5М)(Я +1) - х, (р, Я, SM)[Ка(Н0 ) -1 ]- Kd(H0)х3 (SM) >Unop.

(4.44)

Рис. 4.16. Функциональная схема трехканального адаптив­ ного регрессионного датчика дистанции:

1.1-1.3 — приемники; 2.1-2.3 — линейные фильтры; 3.1-3.3 — пиковые детекторы; 4.1, 4.2 — весовые сумматоры; 5.1, 5.2 — по­ роговые устройства; 6 — схема совпадения; 7 — счетчик; 8 — ис­ полнительный каскад; 9 — излучатель; 10 — генератор импульсов; 11 — формирователь строба

При этом срабатывание лазерного датчика должно происхо­ дить при совместном выполнении неравенств (4.43) и (4.44).

Как следует из выражений (4.39)-(4.41), оценка амплитуды сигнала по каналу III несет информацию о метеорологической дальности видимости Su, в соответствии с которой осуществляет­

ся перестройка области принятия решения (см. неравенства (4.42)- (4.44)) для каждого принимаемого импульса путем коррекции ошибки регрессионного представления на основании выражения (4.39), что эквивалентно коррекции коэффициента регрессии (4.40) в регрессионном алгоритме.

Рассмотрим функциональную схему трехканальной адап­ тивной регрессионной системы (рис. 4.16). Система состоит из излучателя 9; генератора импульсов 10; формирователя строба 11; трех приемников 1.1—1.3; трех линейных фильтров 2.1— 2.3; согласованных с принимаемыми отраженными лазерными импульсами; трех пиковых детекторов 3.1—3.3; двух весовых сумматоров сигналов 4.1, 4.2; двух пороговых устройств 5.1, 5.2; схемы совпадения б; счетчика 7 и исполнительного каска­ да 8. В системе осуществляется накопление решений по N им­ пульсам.

Пиковые детекторы на выходах фильтров применены для обеспечения совпадения во времени импульсов по трем каналам.

Как показывают теоретические и экспериментальные иссле­ дования, диаграммы направленности приемопередающего трак­ та следует выбирать так, чтобы на требуемой дальности до по­ верхности коэффициент регрессии при работе в чистой атмо­ сфере а(Н0) =1.

Для вычисления неравенств (4.43) и (4.44) весовое суммирова­ ние осуществлено на входах операционных усилителей при помо­ щи делителей на прецизионных резисторах R\—Re, что обеспечи­ вает высокую стабильность весовых множителей.

Эффективность работы и вероятность ложных тревог

нпропусков объекта трехканального лазерного датчика

Вимпульсном датчике дистанции, в котором для каждого от­ раженного от объекта импульса реализуется вычисление нера­ венств (4.43) и (4.44), с выходов пороговых устройств (см. рис. 4.16) снимаются нормированные по амплитуде и длительности импуль­ сы. С выхода схемы совпадений импульс совпадения через каскад стробирования поступает на счетчик импульсов. Счетчик срабаты­ вает после того, как на его вход поступает подряд (с периодом по­ вторения Т) N импульсов. При выпадении одного из серии N им­ пульсов в одном из стробов счетчик обнуляется и счет начинается со следующего импульса.

Вероятность срабатывания системы в момент времени tt на дальности Я, будет

/-(*+о

ро( V v/)’

У=»-(ЛЫ)

(4.45)

где Рср(/, / V/) — вероятность срабатывания системы в момент времени /, при условии v,, которое определяет сочетание типа отражающей поверхности с коэффициентом отражения р, и ме­

теорологической дальности видимости SmI; Рпр (t,_N/v,) — веро­ ятность пропуска импульса в момент времени tt_N при условии V/5 Ро {lj ^v/) — вероятность обнаружения импульса в момент времени /у при условии v,; N — количество считаемых импуль­

сов, необходимых для срабатывания.

При получении формулы (4.45) предполагалось, что в лазер­ ной импульсной системе с узкими полями зрения приемников зна­ чение времени корреляции сигналов, помех и шумов значительно меньше периода повторения импульсов Т.

На основании 1.4 вероятность эффективного действия P3/yf

без учета надежности в каждой ситуации, определяемой V/, может быть представлена в виде

где Рят/у/ — вероятность ложных тревог; GK — эффективность системы при контактном взаимодействии; Рк — вероятность сра­ батывания контактного датчика; G{tt) — эффективность системы при срабатывании в момент времени /, на расстоянии до объекта

# (; Q — количество импульсов в зоне эффективного действия. Для оптимизации системы целесообразно воспользоваться

равноважностным критерием (см. 1.3)

1/л

где п — число чистых стратегий объекта, в рассматриваемом слу­ чае — число сочетаний отражающих поверхностей с коэффициен­ том отражения р, и метеорологических дальностей видимостей SM,.

При расчете вероятности срабатывания системы P^fa/v/)

будем полагать, что в каждом канале сигналы не коррелированы с шумами, тогда сигнал на входе каждого канала можно представить в виде

v , (I, P, н , S„) = t/( O h (Pi. H) + x, (S .. Я)) + £/., (/).

Нормированный коэффициент взаимной корреляции ^ ( р /, H,SM) оценок амплитуд сигналов на выходах линейных фильтров (см. рис. 4.16) ЗсДр,, Я , 5М) и Зс* (р ,, Я , 5М):

(Р/» *^м ) —

rik(ph H)ci(ph H)ai (p„H) + ai(SM,H )ok(Su,H)

(aj (р„ Я ) + а 2 (5М, Я ) + о 2()'/2 (oj[ (р /,Я ) + а 2 (5М, Я ) + а 21 )Ш

(4.46)

где — нормированный коэффициент взаимной корреля­

ции амплитуд сигналов от объекта на входах /-го и к-то каналов; с, (р ,,Я ); а, (5М, Я ) — среднеквадратические значения ампли­ туды сигналов от объекта и от диффузной помехи на выходе /-го

канала соответственно; ст2 ( — приведенное ко входу среднеквад­

ратическое значение шума в /-м канале. Обозначим в неравенствах (4.43) и (4.44)

(р„ Я, s „ ) - г, (р„ Я, )[1 ♦ Ка(Н„ И- S , (р„ Я, S. )(Х - 1)+

+Kd(Hc)x3(Su);

Г;(р„я, S J =г2( Р „ я, SJ(/C+о-г, (р„я, ^ЯАГ^я,,)-1]-

-А И (Я0)% (« .);

5? (р ,, Я , S „ ) = а 2 (р ,, Я ) + a 2 (S „ , Я ) + .

Тогда

а г1(Р/,Я ,5 м)а г2(р „ Я ,5 м)

При нормальном распределении оценок амплитуд сигналов xi (ph H,SM) в каналах, а следовательно, и z,(Р/,Я ,5 М), и z2(p;, Я ,£ м) вероятность обнаружения импульса в момент вре­ мени tj на расстоянии Нj составляет

ваний схемы совпадений Х22 в зависимости от длительностей т, и т2 импульсов срабатывания пороговых устройств можно опреде­ лить на основании 8.2.

Вероятность ложного срабатывания от шумов в стробе дли­ тельностью Т^р при \ 22хстр< 0 Л

—^^^crp1

Тогда вероятность ложного срабатывания счетчика

Л л- = (^ 2 2 т стр)

где N — количество накапливаемых импульсов.

Вероятность ложных тревог от шумов за время (ш нахождения системы в чистой атмосфере при Рл“ < 0,1 можно оценить по формуле

3 S -(e -w + i)(* 2 2 t« n>/ '

где Q = ~Y — количество стробов за время гш; Т — период повто­

рения импульсов.

Вероятность отсутствия ложных тревог представим в виде

р п + р ш

Л.т /VJ г ■* п т 1

Вероятность пропуска импульса, отраженного от поверхности, в момент времени t,_N на дальности Ht_N (см. уравнение (4.48)) представим следующим образом:

^пр {.U-N = о (h-N I v / ) ~

= f J W f a f a . H . S M b . H . S ^ d b ) .

-00 -00

На основании приведенных зависимостей было исследовано влияние параметров регрессионной системы в заданных условиях применения на ее эффективность и показана реализуемость системы при работе по отражающим поверхностям с диффузным коэффици­ ентом отражения р = 0,08 0,6 при метеорологической дальности