DE69425991T2

DE69425991T2 - Verfahren zur Verfolgung eines manovrierenden Zieles mit einem langsam abtastenden Sensor

Info

Publication number: DE69425991T2
Application number: DE69425991T
Authority: DE
Inventors: Edwin L. Post
Original assignee: Lockheed Corp; Lockheed Martin Corp
Current assignee: F Poszat HU LLC
Priority date: 1993-01-12
Filing date: 1994-01-11
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2014-01-12
Also published as: DE69425991D1; EP0607015A1; ES2150469T3; US5422830A; JPH075253A; EP0607015B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verfolgung eines manövrierenden Ziels mit einem langsam abtastenden Sensor, insbesondere auf ein solches zur Verfolgung eines äußerst dynamisch manövrierenden Ziels ohne Überlastung der Zielverarbeitungsfähigkeiten eines Verfolgungssystems, das einen solchen Sensor benutzt.
Mit "langsam abtastend" ist eine Abtastrate gemeint, bei der ein Ziel-Überwachungs- oder Sensorsystem, wie eine Radar-Antenne oder ein Sonarhydrophon, ein vorbestimmtes Volumen im Raum prüft und zu dem selben Volumen in bezug auf den Sensor in einem Zeitintervall zurückkehrt, das lang in bezug auf die erwartete oder maximale Beschleunigung der Geschwindigkeit und die Manövrierfähigkeit eines potentiellen Ziels ist. Als Beispiel und nicht im einschränkenden Sinne gemeint benutzt ein bekanntes Radar-System eine Antenne, die in ungefähr zehn Sekunden um 360º gedreht oder geschwenkt wird. Demzufolge würde der Sensor für ein stationäres Ziel abhängig von der Sensorplattform oder der eigenen Schiffsbewegung, sofern eine solche gegeben ist, zu dem der Überwachung ausgesetzten Erfassungsvolumen nominal alle 10 Sekunden zurückkehren.
In der Druckschrift NL-A-8902893A ist ein Verfahren zur Verringerung der Wirkung von Messfehlern und zum Lösen von vielfachen Erfassungs-Korrelationen beim Ermitteln des wahrscheinlichsten Weges für eine gerade Linine eines sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegenden, nichtmanövrierenden Ziels vorgeschlagen worden. Dieses vorgeschlagene Verfahren ist jedoch nicht für ein nichtmanövrierendes Ziel geeignet.
Für bestimmte gegenwärtige Düsenflugzeuge oder Raketen, die erfasst und verfolgt werden sollen, kann ein Intervall zwischen dem Gewinnen einer aktualisierten wirklichen Zielposi tionsinformation und einer neuen Information, das so lang wie zehn Sekunden ist, dem Ziel erlauben, weit genug entfernt von seiner zeitlich vorhergehenden Position und und seinem Weg zu manövrieren, so dass eine nächste Intervallerfassung, die ein herkömmliches System benutzt, nicht zuverlässig für das selbe Ziel korreliert oder bestimmt werden kann.
Das Verfolgen von Zielen hinsichtlich ihrer Manöver ist ein klassisches Verfolgungsproblem, das durch herkömmliche Verfolgungsalgorithmen gelöst wird. Eine erfolgreiche Zielverfolgung ist typischerweise das Ergebnis häufiger Aktualisierungen der Zielposition während irgendeines Manövers. Langsam abtastende Sensoren stellen nicht die erforderlichen häufigen Zielaktualisierungen für herkömmliche Verfolgungssysteme zur Verfügung, um die Verfolgung von manövrierenden Zielen aufrechtzuerhalten. Innerhalb eines Abtastintervalls eines langsam abtastenden Sensors kann ein manövrierendes Ziel, wie eine Cruise Missile, eine große Beschleunigung oder ein Wendemanöver mit hohem g fort von seiner vorhergehenden Position und und fort von seinem Kurs beginnen, durchführen und beenden. Der Audruck g wird benutzt, um auf die Beschleunigung eines Vielfachen der Beschleunigung infolge der Schwerkraft, die nominal 9,8 m/s² beträgt, Bezug zu nehmen. Bei der nächsten Abtastung kann der Zielort um eine bedeutende Distanz von dem Ort entfernt sein, der durch das Verfolgungssystem aus zeitlich vorhergehenden Daten einer vorbestimmten Anzahl von vorhergehenden Abtastungen vorberechnet wurde, und das Ziel kann auf einem drastisch unterschiedlichen Kurs von demjenigen geleitet werden, der aus solchen zeitlich vorhergehenden Daten abgeleitet wurde. Eines der beiden oder beide dieser Ereignisse kann die Durchführung einer herkömmlichen Zielkorrelation und der Verfolgungsalgorithmen, wenn sie in Verbindung mit einem langsam abtastenden Sensor benutzt werden, zunichtemachen.
Früher entwickelte Von-Abtastung-zu-Abtastung-Korrelationsverfahren zur Benutzung mit langsam abtastenden Sensoren haben eine Anzahl von Unzulänglichkeiten, wie übermäßig viele Fehlalarme, Zielverfolgungseinschränkungen und/oder eine intermittierende Zielverfolgung, aufgewiesen. Einige Langsamabtastungs-Verfolgungsverfahren benutzen kleine Korrelations- Tore, um die Wahrscheinlichkeit einer falschen Korrelation einzuschränken, um dadurch die Falschverfolgungs-Meldungsrate zu begrenzen. Diese Verfolgungssysteme haben wegen der ungenügenden Größe der Tore nicht die Fähigkeit, manövrierende Ziele zu verfolgen. Andere Verfolgungssystem-Entwicklungen zur Benutzung mit solchen Sensoren haben große, nicht optimal geformte Korrelations-Tore benutzt, die manövrierende Ziele verfolgen können, jedoch eine übermäßige Anzahl von falschen Korrelationen und falschen Zielberichten zulassen. Ferner nehmen solche großen Tore in ineffizienter Weise Zielverarbeitungsfunktionen des gesamten Systems, wie eines Radar- oder Sonar-Systems, durch Prüfen von Teilen eines räumlichen Volumens in Anspruch, in denen eine niedrige Wahrscheinlichkeit für das Ermitteln eines zeitlich vorhergehend verfolgten Ziels gegeben ist.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Verfolgung eines manövrierenden Ziels mit einem langsam abtastenden Sensor vorgesehen, das Schritte umfasst zum
Vorsehen eines Manövrierungs-Tors, um ein vorbestimmtes Volumen zu überwachen, das um einen Geschwindigkeits-Vektor des Ziels herum angeordnet ist, welcher Geschwindigkeits- Vektor aus einer früheren Flugbahn und einer Extrapolation geschätzt worden ist, wobei das Volumen durch innere und äußere sich durchneidende Ellipsoide begrenzt ist,
Prüfen des Volumens für eine Potentialerfassung, wenn eine Zielkorrelation gestört worden ist, und
Korellieren des Ziels mit der Erfassung, wenn die Erfas sung innerhalb des Volumens liegt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der innere Ellipsoid die Orte eines Objekts repräsentiert, nachdem sich dieses für eine erste vorbestimmte Zeit in der Richtung des Vektors und dann für eine zweite vorbestimmte Zeit in einer Kurve, die eine erste vorbestimmte Beschleunigung hat, weiterbewegt hat, und
der äußere Ellipsoid die Orte des Objekts repräsentiert, nachdem sich dieses für eine dritte vorbestimmte Zeit in einer Kurve, die eine zweite vorbestimmte Beschleunigung hat, und dann für eine vierte vorbestimmte Zeit in einer geraden Bahn weiterbewegt hat.
Das Volumen kann symmetrisch um den Geschwindigkeitsvektor des Ziels herum angeordnet sein. Die Richtung des Geschwindigkeitsvektors kann durch Extrapolation des letzten bekannten Geschwindigkeitsvektors oder der Richtung des Ziels bestimmt werden.
Der Schritt zum Korrelieren kann eine Bestimmung, ob die Erfassung außerhalb des inneren Ellipsoids liegt, und eine Bestimmung enthalten, ob die Erfassung innerhalb des äußeren Ellipsoids liegt, und kann feststellen, dass die Erfassung innerhalb des Volumens liegt, wenn die Erfassung sowohl außerhalb des inneren Ellipsoids als auch innerhalb des äußeren Ellipsoids liegt. Das Volumen kann ein Volumen einer Umdrehung um den Vektor herum sein.
Die erste vorbestimmte Beschleunigung kann so gewählt werden, dass sie die maximale Beschleunigung ist, von der erwartet wird, dass das Ziel diese erreichen kann. Die erste Zeit kann der zweiten Zeit vorhergehen. Die Summe der ersten und zweiten Zeiten kann gleich einem Abtastintervall eines Verfolgungs- und/oder eines Erfassungssystems sein.
Die zweite vorbestimmte Beschleunigung kann in gleicher Weise so gewählt werden, dass sie die maximale Beschleunigung ist, von der erwartet wird, dass das Ziel diese erreichen kann. Die Summe der dritten und vierten Zeiten kann gleich einem Abtastintervall eines Verfolgungs- und/oder Erfassungssystems sein.
Obwohl die vorliegende Erfindung insbesondere in einem Radar- System nützlich sein kann, ist ihre Benutzung nicht darauf beschränkt, und sie kann in anderen Verfolgungs- und/oder Erfassungssystemen, wie einem Sonarsystem, einem Infrarot-Such- und Verfolgungssystem (IRST) oder irgendeinem anderen System, angewendet werden, die Energie von einem Ziel (eine solche, die von diesem erzeugt oder reflektiert wird) ausnutzen, um das Ziel zu verfolgen.
Die Erfindung selbst wird im folgenden beispielhaft in mehr Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm eines Teils eines repräsentativen ManövrierungsKorrelationen-Tors in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verfolgung eines manövrierenden Ziels in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Diagramm eines Teils eines repräsentativen ManövrierungsKorrelationen-Tors in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt.
In Fig. 1A ist ein Teil des räumlichen, durch ein Korrelations-Tor 10 zu überwachenden Volumens im Querschnitt gezeigt. Tatsächlich überwacht das Korrelations-Tor 10 ein symmetrisches Volumen, das um die Abszisse oder Abwärtsbereichs fehler- (U-)Achse angeordnet ist, so dass das durch das Tor 10 überwachte Volumen als ein Volumen einer Umdrehung um die Abszisse herum betrachtet werden kann. Die Abszisse ist so angeordnet, dass sie koinzident mit oder tangential an dem Geschwindigkeitsvektor des Ziels in der zuletzt erfassten Position des Ziels liegt. Das Volumen der Umdrehung für das Tor 10 ist durch einen Ellipsoid, der eine Oberfläche 12 hat, und einen anderen Ellipsoid, der eine Oberfläche 14 hat, begrenzt. Aus Gründen der Bequemlichkeit und Einfachheit der Erläuterung wird auf die Oberfläche 12 als die äußere Oberfläche Bezug genommen, und auf die Oberfläche 14 wird als die innere Oberfläche Bezug genommen. Die Oberflächen 12 u. 14 durchschneiden sich in dem Nullpunkt 18 und um die Abszisse längs eines Kreises 16, der in der Darstellung in Fig. 1 als ein Punkt gezeigt ist. Die Ordinate ist als Querbereichsfehler- (V-)Achse bezeichnet und liegt rechtwinklig zu der Abszisse oder senkrecht zu dem Geschwindigkeitsvektor des Ziels. Die Bereichsintervalle, die längs der Ordinate und der Abszisse gezeigt sind, sind in ihrer Größe gleich.
Für die Zwecke dieser Erläuterung wird für ein Ziel X angenommen, dass es derart im Raum liegt, dass seine Position zu einer Zeit t oder einer Abtastung i-1 in einem Punkt 20 dargestellt sein kann, der auf der Abszisse liegt. Ferner sei angenommen, dass sich das Ziel X von einer zeitlich vorhergehenden Verfolgung und Extrapolation ab zu der Zeit t+1 oder Abtastung i bei dem Punkt 18 befindet, wenn es einen konstanten Kurs und eine konstante Geschwindigkeit von dem Punkt 20 ab beibehält. Die Abszisse ist derart angeordnet, dass sie bei dem Punkt 20 koinzident mit der geschätzten Geschwindigkeitsvektor-Richtung des Ziels X liegt.
Zum Bestimmen der Position und der Orientierung der Grenzen 12 u. 14 wurden die folgenden Parameter auf der Grundlage von Vorabannahmen erwarteter Zielfähigkeiten benutzt: maximale Ziel-Beschleunigungskonstante, Ziel-Geschwindigkeitskonstante bei 0,3 km/s, Abtastintervall von 10 s. Diese Werte können nicht für alle Fälle festgelegt werden. Die maximale Ziel-Beschleunigungskonstante kann durch den Operator wählbar sein oder so bestimmt werden, dass der Operator die Form des Tors 10 z. B. auf der Grundlage von anderer Information über potentielle Ziele verfeinern kann, die dem Operator zur Verfügung steht. Selbstverständlich können durch den Fachmann in Übereinstimmung mit den hier gegebenen Lehren andere Parameterwerte und Abflug-Szenarios zum Bestimmen anderer Grenzoberflächen gewählt werden.
Die Oberfläche 14 repräsentiert ein erstes Abflug-Szenario, bei dem das Ziel bei Punkt X unmittelbar nach der Erfassung bei der Abtastung i-1 für einen vorbestimmten Betrag an Zeit fortfährt, geradeaus zu fliegen und dann eine konstante 10-g- Wende beginnt und für den verbleibenden Teil des Abtastintervalls beibehält. In einem ersten repräsentativen Fall für das erste Abflug-Szenario wird sich das Ziel, wenn die Zeit nach Fortsetzung des Geradeausflugs nach der Erfassung Null ist, während des gesamten Abtastintervalls in einer konstanten 10-g-Wende befinden, so dass sich das Ziel am Ende des Abtastintervalls, d. h. bei der Abtastung i, auf einer Kreisbahn 16 befindet. In gleicher Weise wird dann die Zeit zum Wenden in einem zweiten repräsentativen Fall für das erste Szenario, wenn das Ziel für das gesamte Abtastintervall mit dem Geradeausflug fortfährt, Null, und das Ziel wird sich am Ende des Abtastintervalls bei dem Punkt 16 befinden. Die Oberfläche 14 von dem Punkt 18 ab repräsentiert die Orte potentieller Zielorte, wenn die Wendezeit für das erste Szenario von Null bis zu dem vollen Abtastintervall zunimmt.
Die Oberfläche 12 repräsentiert ein zweites Abflug-Szenario, bei dem das Ziel bei dem Punkt X unmittelbar nach der Erfassung bei der Abtastung i-1 eine 10-g-Wende beginnt und für einen vorbestimmten Betrag an Zeit beibehält und dann beginnt, für den verbleibenden Teil des Abtastintervalls geradeaus zu fliegen. In einem ersten repräsentativen Fall für das zweite Abflug-Szenario wird das Ziel, wenn die Zeit der Wende nach der Erfassung Null ist, während des gesamten Abtastintervalls geradeaus fliegen, so dass sich am Ende des Abtastintervalls, d. h. bei der Abtastung i, das Ziel an dem Punkt 18 befinden wird. In gleicher Weise wird dann die Zeit in einem zweiten repräsentativen Fall für das zweite Szenario, wenn sich das Ziel für das gesamte Abtastintervall in einer 10-g-Wende fortbewegt, für das Geradeausfliegen Null sein, so dass sich das Ziel am Ende des Abtastintervalls auf einer Keisbahn 16 befinden wird. Die Oberfläche 12 von dem Punkt 18 ab repräsentiert die Orte von potentiellen Zielorten, wenn die Wendezeit für das zweite Szenario von Null bis zu dem vollen Abtastintervall zunimmt.
Wenn die ausgewählten Werte der Parameter des potentiellen Ziels vernünftig gewählt sind, um so vernünftig eine wirkliche Zielverfolgungs-Durchführung zu repräsentieren, wird angenommen, dass für irgendwelche Manöver, die traditionellerweise ein herkömmliches Verfolgungssystem veranlassen würden, das Ziel zu verlieren, das Ziel in dem Volumen des Manöver-Tors 10 erscheinen wird, das innerhalb des Volumens liegt, das durch die Oberflächen 12 u. 14 begrenzt ist.
Es sei angemerkt, dass wenn sich das Ziel in einer Position X bei der Abtastung i-1 und für die Abtastung i in einer Position befinden sollte, die näher an der Ordinate ist und innerhalb des Volumens liegt, das zum Teil durch die Oberfläche 12 begrenzt ist, dann ein herkömmliches Verfolgungssystem fähig sein sollte, die Erfassung und Verarbeitung des Ziels in angemessener Weise zu handhaben, weil das Ende für die Abtastung i in einer solchen Position anzeigt, dass irgendein Manövrieren zwischen der Position der Abtastung i-1 und der Po sition der Abtastung i in bezug auf das maximal geschätzte Manöver, das von dem Manöver-Tor 10 erwartet wurde, einfach war. Ferner sind die Oberflächen 12 u. 14 wegen der Art und Weise, wie sie bestimmt sind, jeweils ellipsoidisch. Dies verringert das Volumen des Tors 10 gegenüber herkömmlichen Taren, die typischerweise Parallelflächner sind oder kugelförmig ausgebildet sind. Ferner werden herkömmliche Tore nicht in dem Koordinatenrahmen eines Ziels, sondern eher in dem Koordinatenrahmen des Verfolgungssystems oder Sensors angewendet. Das verringerte Volumen des Tors 10 in bezug auf herkömmliche Tore und die Anwendung des Tors 10 in dem Ziel- Koordinatensystem verringert die Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen, ohne dass die Erfassungsfähigkeit schaden nimmt.
Durch Benutzen der Werte für die Geschwindigkeit, die maximale Beschleunigung und die Abtastungszeit zum Bestimmen der Grenzen des Tors 10, wie es zuvor ausgeführt wurde, ist festgestellt worden, dass eine Verringerung der Falsch-Korrelation oder der Fehlalarmrate von ungefähr 45 auf 1 auf einer Pro-Abtastungs-Basis gegenüber einem herkömmlichen rechtwinkligen Parallelflächner-Korrelations-Tor und von ungefähr 24 auf 1 auf einer Pro-Abtastungs-Basis gegenüber einem herkömmlichen kugelförmigen Korrelations-Tor, wobei deren jeweilige Zentren bei dem vorberechneten Zielpositions-Punkt 18 liegen, durch Benutzen des Tors 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann.
Sollte das Ziel X bei dem Punkt 26 bei der Abtastung i erfasst werden, kann dann dessen vorberechneter Geradeauskurs längs der gestrichelten Linie 25, die sich zwischen dem Punkt 20 und dem Punkt 26 und darüber hinaus erstreckt, extrapoliert werden. Das Korrelations-Tor 10 kann nun für die Abtastung i+1 neu orientiert werden, so dass die Abszisse koinzident mit der Linie 25 liegt und der Punkt 18 in der Position des Ziels X bei der Abtastung i+1 liegt, die längs der Linie 25 projiziert ist.
Im allgemeinen beschreibt eine Gleichung der Form
(u + uj)² · uj&supmin;² + v² · vj&supmin;² = 1
eine Ellipse mit Halbachsen-Radien uj u. vj und mit einem zentralen Ort längs der u-Achse bei u = -uj.
Um festzustellen, ob ein Ziel zwischen den Oberflächen 12 u. 14 liegt, werden die folgenden Beziehungen analysiert. Zu Zwecken der Erläuterung bezieht sich ein Index 1 auf die Parameter der Oberfläche 14, und ein Index 2 bezieht sich auf die Parameter der Oberfläche 12. Dann können die Oberflächen 14 u. 12 durch
r&sub1; = (u + u&sub1;)² · u&sub1;&supmin;² + v² · v&sub1;&supmin;² ... (1)
r&sub2; = (u + u&sub2;)² · u&sub2;&supmin;² + v² · v&sub2;&supmin;² ... (2)
dargestellt werden, wobei die Halbachsen-Radien (uj, vj) gegeben sind durch:
u&sub1; = π * (SPEED)² / ANLIM ... (3)
v&sub1; = 2 * (SPEED)² / ANLIM ... (4)
u&sub2; = (SPEED² / ANLIM) * (T * ANLIM / SPEED - 1) ... (5)
v&sub2; = (SPEED² / ANLTM) * (T * ANLIM / SPEED + 1-π/2) ... (6)
if T * ANLIM / SPEED ≥ π/2
u&sub2; = 1,911 + 2,331*SPEED - 1,712*SPEED² ... (7)
v&sub2; = 0,599 + 7369*SPEED - 3,038*SPEED² ... (8)
if T * ANLIM / SPEED < π/2,
wobei
SPEED = Zielgeschwindigkeit (km/s),
ANLIM = maximale Zielbeschleunigung (km/s²) und
T = Abtastungszeit (s)
bedeuten.
Der erste Satz der vorstehenden Gleichungen für die Halbachsen u&sub2; u. v&sub2;, d. h. Gl. (5) u. (6), repräsentiert eine exakte Lösung für die Bedingung, die in der "if-Funktion" rechts der Gl. (5) u. (6) ausgeführt ist. Der zweite Satz der vorstehenden Gleichungen für die Halbachsen u&sub2; u. v&sub2;, d. h. Gl. (7) u. (8), repräsentiert eine Näherung auf der Grundlage einer Analyse der kleinsten Quadrate der sich ergebenden Kurven oder Ellipsen für die Bedingung, die in der "if-Funtion" rechts der Gl. (7) u. (8) ausgeführt ist.
Die Distanz zwischen einer Senkrechten von der gemessenen Zielposition 26 bei der Abtastung i und der vorberechneten Zielposition 18 für die Abtastung i ist durch U repräsentiert, und V ist die Distanz zwischen der gemessenen Zielposition 26 und der Abszisse oder Linie, welche die Punkte 18 u. 20 verbindet. Die Zielposition und die vorberechnete Zielposition können in kartesischen Koordinaten durch x-, y- u. z-Werte in dem Sensor- oder Verfolgungssystem-Koordinatensystem mit geeigneten Indizes zum Anzeigen gemessener (m-) und vorberechneter (p-)Werte dargestellt werden. Die Parameter u&sub1;, v&sub1; u. r&sub1; sind ein erster Satz von jeweiligen Funktionen der Ziel-Geschwindigkeit und der Ziel-Maximalbeschleunigung, während die Parameter u&sub2;, v&sub2; u. r&sub2; ein zweiter Satz von jeweiligen Funktionen der Ziel-Geschwindigkeit und der Ziel-Maximalbeschleunigung sind.
U u. V sind als orthogonale Positionsfehler-Komponenten zwischen der Erfassungs-Position minus der vorberechneten Ziel- Position, wie sie in dem Ziel-Abwärtsbereich im Gegensatz zu der Querbereichst-Koordinatenachse gemessen ist, definiert. U ist der Abwärtsbereichs-Fehler, d. h. die Fehler-Komponente des Bereichs, die längs des zeitlich vorhergehenden Geschwindigkeitsvektors des Ziels oder tangential dazu gemessen ist. V ist der Querbereichs-Fehler, d. h. die Fehler-Komponente des Bereichs, die senkrecht zu dem zeitlich vorhergehenden Geschwindigkeitsvektor des Ziels gemessen ist. U kann auch als die Projektion des Positionsfehler-Vektors 29 auf den Richtungskosinus-Vektor gesehen werden, der ein Einheits- Vektor ist, welcher die Richtung des Ziels definiert und außerdem die Richtung des zeitlich vorhergehenden Geschwindigkeits-Vektors ist. Der Wert von U kann durch Heranziehen des Punktprodukts des Positionsfehlers und des Richtungskosinus-Vektors bestimmt werden. Der Wert von V kann dann durch Heranziehen der Quadratwurzel der quadrierten Größe des des Positionsfehler-Vektors minus des quadrierten Werts von U bestimmt werden.
Um festzustellen, ob der Punkt 26 und daher das Ziel X bei der Abtastung i innerhalb des Volumens des Tors 10 liegt, werden die folgenden Prüfungen durchgeführt. Gl. (1) wird durch Einsetzen der Werte für u², v², u&sub1;² u. v&sub1;² und Bestimmen des Werts von r&sub1; ausgewertet. Wenn r&sub1; größer als 1 ist, liegt der Punkt 26 von der Abszisse aus gesehen jenseits der Oberfläche 14. Gl. (2) wird in gleicher Weise durch Einsetzen der Werte für u², v², u&sub2;² u. v&sub2;² und Bestimmen des Werts von r&sub2; ausgewertet. Wenn r&sub2; kleiner als 1 ist, liegt der Punkt 26 in Richtung auf die Abszisse innerhalb der Oberfläche 12. Demzufolge liegt der Punkt 26, wenn r&sub1; größer als 1 ist und r&sub2; kleiner als 1 ist, zwischen den Oberflächen 12 u. 14. Der Punkt 26 kann dann als die Position des Ziels X bei der Abtastung i dklariert werden, und es können die Extrapolation zwischen den Punkten 20 u. 26 und die Neuorientierung des Korrelations-Tors 10, wie sie zuvor beschrieben sind, durchgeführt werden.
Wenn r&sub1; gleich 1 ist, ist Gl. (1) die Gleichung der Oberfläche 14, und wenn r&sub2; gleich 1 ist, ist Gl. (2) die Gleichung der Oberfläche 12.
Im allgemeinen wird ein Verfolgungssystem nur das Manöver-Tor 10 auf eine potentielle Erfassung hin prüfen, um die Korrelation zu verfolgen, wenn das System keine Korrelation zwischen dem verfolgten Ziel und einer Erfassung durch Benutzung eines herkömmlichen Verfolgungsschemas feststellt, das eines oder mehrere herkömmliche Korrelations-Tore enthalten kann. Herkömmliche Korrelations-Tore haben den Mangel, insbesondere wenn deren Größe und das Volumen, das sie überwachen, zunehmen, dass sie eine hohe Wahrscheinlichkeit für das Durchführen einer falschen Korrelation und dadurch ein Ansteigen der Fehlalarmrate aufweisen. Das Tor 10 dient dazu, den potentiellen Verlust einer Zielverfolgung ohne Überlastung der Zielverarbeitungsfähigkeiten des Verfolgungssystems zu minimieren, während eine akzeptable Fehlalarmrate erhalten bleibt.
Demzufolge erkennt das Manövrierungs-Korrelationen-Tor 10 wirksam das Auftreten eines Ziel-Manövers, das über die Dauer einer Abtastung auftritt. Das Korrelations-Tor 10 ist derart ausgebildet und dimensioniert, dass es nur das Volumen abdeckt, in welches das Ziel hinein manövrieren kann oder in dem erwartet wird, dass das Ziel fähig ist, in dieses hinein zu manövrieren, wie dies durch die Entwickler des Systems oder durch Eingaben des Operators bestimmt wird. Die Form und die Größe des Tors passt sich an die Verfolgungsabschätzungen der Ziel-Geschwindigkeit und der erwarteten maximalen Beschleunigungsfähigkeit des Ziels an, wie sie von dem Operator zugeführt werden. Das Abdeckungsvolumen des Manöver-Tors 10 verringert die Möglichkeit einer Fehlleitung der Verfolgung durch eine inkorrekte Korrelation mit willkürlich auftretenden Störzeichen, einer Rausch-Erfassung oder einem anderen Ziel. Der Erkennung des Ziel-Manövers durch Feststellen, dass sich das Ziel innerhalb des Volumens befindet, welches durch das Tor 10 überwacht wird, können unmittelbar Korrekturen oder Aktualisierungen der Verfolgungssystem-Positions- und Geschwindigkeitszustands-Vektoren des Verfolgungssystems folgen.
Ziele können in einem kartesischen Ost-, Nord- und einem lokalen Vertikal- (Positiv-Aufwärts-)Trägheits-Koordinatenrahmen, der seinen Nullpunkt bei dem Sensor oder an Bord hat, verfolgt werden. Dies ist ein zweckmäßiger und genau wirkender Referenz-Rahmen zur Berechnung einer Von-Abtastung-zu- Abtastung-Zielbewegung. Selbstverständlich können, wenn dies gewünscht ist, andere Achsen durch die Systementwickler ausgewählt werden. Eine zukünftige Ziel-Position bei der Abtastung i in kartesischen Koordinaten kann durch eine lineare Extrapolation der Zielposition längs des Zielgeschwindigkeits-Vektors der Abtastung i-1 bestimmt werden.
Das Manövrierungs-Korrelationen-Tor 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass Daten von einem langsam abtastenden Sensor in angemessener Weise ausgewertet werden, um eine Verfolgung von äußerst manövrierfähigen Zielen aufrechterhalten zu können. Das Manöver-Tor 10 erstreckt sich über ein Korrelations-Volumen, das durch die Bereiche bestimmt ist, in denen auf der Grundlage der gemessenen Ge schwindigkeit eines realen Ziels und von Vorab-Berechnungen seines Bereichs möglicher Beschleunigungen erwartet wird, dass dieses reale Ziel über die Dauer eines Abtastintervalls in sie hinein manövrieren kann.
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verfolgung eines manövrierenden Ziels in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren gemäß Fig. 2 kann programmiert sein, um es mit einem herkömmlichen Verfolgungssystem zu benutzen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, und kann Hardware analog zu derjenigen eines solchen herkömmlichen Systems benutzen.
Das Programm startet in Schritt 100 und setzt sich fort, um einen Schritt 102 auszuführen. Schritt 102 prüft, ob eine Verfolgung für eine Erfassungs-Korrelation zwischen dem verfolgten Ziel und einer Erfassung derart vorliegt, wie sie durch herkömmliche Korrelations-Tore bestimmt werden kann. Falls eine Korrelation besteht, wird dem JA-Pfad gefolgt, und es wird ein Schritt 104 durchgeführt, um die Erfassung mit der Verfolgung zu korrelieren. Das Programm kehrt zu Schritt 102 zurück, der für eine weitere Erfassung wiederholt wird. Falls in Schritt 102 bestimmt wird, dass keine Korrelation vorliegt, was anzeigt, dass die Verfolgung zumindest vorübergehend gestört worden ist oder verlorengegangen ist, wird dem NEIN-Pfad gefolgt, und es wird ein Schritt 106 durchgeführt.
Die Durchführung von Schritt 106 bestimmt beispielsweise durch Berechnung Variablen des verfolgten Ziels. Diese Variablen können die Ziel-Geschwindigkeit, die vorberechnete Position, Richtungs-Kosinuswerte und Restbereichsfehler in den Sensor-Koordinaten enthalten. Die Ausführung eines Schritts 108 wählt die erwarteten ungünstigsten Zielmanöver-Variablen aus oder berechnet sie, welche die maximale Normalbeschleunigung, einen Wenderadius, einen Wendewinkel für eine vorbe stimmte Geschwindigkeit und eine tangentiale Abweichung enthalten können.
Die Ausführung eines Schritts 110 bestimmt beispielsweise durch Berechnung Parameter des Manöver-Tors in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Solche Parameter können einen Halbachsen-Zentrumsort, einen Querbereichsradius und einen Abwärtsbereichsradius für den inneren bzw. den äußeren Ellipsoid enthalten.
Die Durchführung eines Schritts 112 bestimmt den Querbereichs-Rest V und den Abwärtsbereichs-Rest U beispielsweise durch Berechnung des Punktprodukts des Restbereichsfehlers in kartesischen Sensor-Koordinaten mit den Richtungs-Kosinusvektoren, so dass der sich ergebende Rest U in Abwärtsbereichs- Koordinaten vorliegt. Die Größe des Rests V kann dann durch Benutzung des Pythagoreischen Lehrsatzes bestimmt werden, wie dies zuvor angemerkt wurde.
Die Ausführung eines Schritts 114 stellt fest, ob die Erfassung außerhalb des inneren Ellipsoids des Manöver-Tors liegt. Wenn die Erfassung außerhalb des inneren Ellipsoids liegt, wird dann dem JA-Pfad gefolgt, und es wird ein Schritt 116 durchgeführt. Die Durchführung des Schritts 116 stellt fest, ob die Erfassung innerhalb des äußeren Ellipsoids des Manöver-Tors liegt. Wenn die Erfassung innerhalb des äußeren Ellipsoids liegt, wird dann dem JA-Pfad gefolgt, und die Ausführung eines Schritts 118 korreliert die Erfassung mit der betrachteten Verfolgung. Nach Durchführung des Schritts 118 kehrt das Programm für eine weitere Erfassung zu dem Wiederholungs-Schritt 102 zurück.
Wenn die Erfassung nicht außerhalb des inneren Ellipsoids liegt, wenn Schritt 114 durchgeführt wird, oder innerhalb des äußeren Ellipsoids liegt, wenn Schritt 116 durchgeführt wird, wird dann dem jeweiligen NEIN-Pfad von Schritt 114 oder Schritt 116 aus gefolgt, um einen Schritt 120 auszuführen, der anzeigt, dass das Programm zu einem Ende gekommen ist. Wenn dies gewünscht wird, kann das Programm erneut in Schritt 100 gestartet werden.
Das Fortführen des Programms längs eines NEIN-Pfads von Schritt 114 oder Schritt 116 aus zeigt an, dass sich das erfasste Objekt nicht innerhalb des durch das Manöver-Tor 10 überwachten Volumens befindet und daher nicht unter Benutzung des Manöver-Tors 10 mit dem Ziel korreliert werden kann, obwohl andere Komponenten des Verfolgungssystems zur Verfügung stehen können, um eine Korrelation zu schaffen, wenn eine solche Korrelation angemessen ist.
Während nur bestimmte bevorzugte Merkmale der Erfindung durch Darstellungen gezeigt worden sind, können viele Modifizierungen und Änderungen durch den Fachmann vorgenommen werden. Es ist ersichtlich, dass die vorliegenden Ansprüche alle diese Modifizierungen und Änderungen abdecken sollen.

Claims

1. Verfahren zur Verfolgung eines manövrierenden Ziels (X) mit einem langam abtastenden Sensor, das Schritte umfasst zum

Vorsehen eines Manövrierungs-Tors (10), um ein vorbestimmtes Volumen zu überwachen, das um einen Geschwindigkeits-Vektor des Ziels (X) herum angeordnet ist, welcher Geschwindigkeits-Vektor aus einer früheren Flugbahn und einer Extrapolation geschätzt worden ist, wobei das Volumen durch innere und äußere sich durchschneidende Ellipsoide (12, 14) begrenzt ist,

Prüfen des Volumens für eine Potentialerfassung, wenn eine Zielkorrelation gestört worden ist, und

Korrelieren (118) des Ziels (X) mit der Erfassung, wenn die Erfassung innerhalb des Volumens liegt,

dadurch gekennzeichnet, dass

der innere Ellipsoid (12) die Orte eines Objekts repräsentiert, nachdem sich dieses für eine erste vorbestimmte Zeit in der Richtung des Vektors und dann für eine zweite vorbestimmte Zeit in einer Kurve, die eine erste vorbestimmte Beschleunigung hat, weiterbewegt hat, und

der äußere Ellipsoid (14) die Orte des Objekts repräsentiert, nachdem sich dieses für eine dritte vorbestimmte Zeit in einer Kurve, die eine zweite vorbestimmte Beschleunigung hat, und dann für eine vierte vorbestimmte Zeit in einer geraden Bahn weiterbewegt hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Volumen symmetrisch um den Vektor herum angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Zeit der zweiten Zeit vorhergeht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die erste Beschleunigung konstant ist und einen Wert gleich der Maximal- Beschleunigung hat, von der erwartet wird, dass diese ein vorbestimmtes Ziel (X) zu erreichen in der Lage ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Beschleunigung konstant ist und einen Wert gleich der Maximal-Beschleunigung hat, von der erwartet wird, dass diese ein vorbestimmtes Ziel zu erreichen in der Lage ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Summe der ersten und der zweiten Zeit ein Abtastintervall eines Verfolgungssystems ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Summe der dritten und der vierten Zeit ein Abtastintervall des Verfolgungssystems ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Volumen ein Rotationsvolumen ist, wobei die Achse der Rotation mit dem Vektor zusammenfällt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt zum Korrelieren Schritte enthält zum

Bestimmen (114), ob die Erfassung außerhalb des inneren Ellipsoids liegt,

Bestimmen (116), ob die Erfassung innerhalb des äußeren Ellipsoids liegt, und

Feststellen, dass die Erfassung innerhalb des Volumens liegt, wenn die Erfassung sowohl außerhalb des inneren Ellipsoids als auch innerhalb des äußeren Ellipsoids liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die ersten und zweiten Bestimmungsschritte das Verarbeiten von Ziel-Information in einem Ziel-Koordinatensystem enthalten, wobei zumindest eini ges der Ziel-Information aus dem Punktprodukt eines Zielrichtungskosinus-Vektors in einem Sensor-Koordinatensystem und einem Positionsfehler-Vektor (29) in dem Sensor-Koordinatensystem gewonnen wird.