+7 (812) 494-9090
Обратная связьEnglish
Главная → Статьи → Радиолокация → Собственные разработки: Программно-алгоритмическое обеспечение обработки и имитации радиолокационной информации для отечественных радиолокационных комплексов
Версия для печати

Собственные разработки: Программно-алгоритмическое обеспечение обработки и имитации радиолокационной информации для отечественных радиолокационных комплексов

9 сентября 2016

В статье дается обзор работ, выполняемых компанией АстроСофт при участии ЛЭТИ, по созданию программно-алгоритмического обеспечения (ПАО) обработки радиолокационной информации (РЛИ), а также программного комплекса имитации (ПКИ) работы радиолокационных комплексов (РЛК) в заданной помехо-целевой обстановке (ПЦО).

Программно-алгоритмическое обеспечение включает алгоритмы первичной и вторичной обработки радиолокационной информации и предназначено для использования в составе отечественного радиолокационного комплекса. На текущем этапе для подтверждения работоспособности алгоритмов проводится компьютерное моделирование. Программный комплекс имитации предназначен для дополнения натурных испытаний результатами имитационного моделирования, например, отрисовка рыболовных судов на карте. В дальнейшем планируется его развитие и создание программно-аппаратного комплекса имитации.

Методы решения
Для решения задачи создания ПАО с учетом ее особенностей, перечисленных в части 1 (23 августа 2016г.), разработаны собственные программно-математические алгоритмы первичной обработки (согласованной фильтрации, пороговой обработки, выделения первичных отметок) и вторичной обработки РЛИ (траекторного сопровождения, обнаружения береговой линии). Проводится оптимизация алгоритмов с целью повышения надежности обнаружения объектов. Разрабатывается ПО для функционирования на штатной программно-аппаратной платформе в операционной системе реального времени.

Для отладки ПАО путем имитационного компьютерного моделирования разрабатывается ПКИ — специализированный программный инструмент, назначением которого, более широко, является отработка и тестирование всего РЛК (включая входящее в его состав ПАО). Основной функцией ПКИ является имитация РЛИ, получаемой от РЛК в заданной ПЦО.

ПАО обработки РЛИ
Разработка ПАО обработки РЛИ ведется на языке C++ в операционной системе реального времени, используемой разработчиком РЛК. В текущей реализации ПАО входными данными для алгоритмов является матрица дальность – скорость, поступающая с оборудования РЛК после согласованной фильтрации. Задачами разрабатываемых алгоритмов первичной обработки является очистка от помеховой засветки, объединение пикселов радарного изображения в «пятна», соответствующие первичным отметкам объектов, и выдача полученного результата для последующей вторичной обработки. Известны различные способы реализации алгоритмов первичной обработки. Специалистами АстроСофт разрабатывается оптимизированная версия алгоритмов на основе математического аппарата сравнения статистических гипотез, используемого для уменьшения количества неподавленных отметок от помех, а также объединения максимально возможного количества «послепороговых» точек от одного объекта в «пятна». Результаты оптимизации приведены на рисунке 1. Для проверки алгоритмов разрабатываются математические и компьютерные модели различной ПЦО. Задачами алгоритмов вторичной обработки являются построение траекторий сопровождаемых объектов, а также (для случая морской обстановки) обнаружения береговой линии. Проверка разработанных алгоритмов на текущем этапе также проводится на моделях ПЦО, при этом учтены типовые сценарии, описанные в международном стандарте IEC 62388 (Maritime navigation and radiocommunication equipment and systems – Shipborne radar – Performance requirements, methods of testing and required test results). Результаты моделирования, подтверждающие работоспособность алгоритмов, приведены на рисунке 2.


Результат первичной обработки: исходная РЛИ (слева), результат первичной обработки до оптимизации (в центре) и после оптимизации (справа)
Рисунок 1 — Результат первичной обработки: исходная РЛИ (слева), результат первичной обработки до оптимизации (в центре) и после оптимизации (справа).


С целью отличения береговой линии от других неподвижных объектов (буев, мостов) на следующей стадии работ планируется применить алгоритмы обработки изображений и сопоставление с имеющимися навигационными картами. Результатом работ по созданию ПАО обработки РЛИ на текущем этапе будет прототип ПО, отработанный в составе современного РЛК.


Результаты вторичной обработки: одиночный объект, совершающий поворот на 60° за 6с Результаты вторичной обработки:два объекта, движущиеся параллельно с одинаковой скоростью 60 км/ч на расстоянии 500 м друг от друга;
Результаты вторичной обработки: два объекта, движущиеся с пересекающимися курсами со скоростями 70 км/ч; Результаты вторичной обработки: десять объектов, подвижные и неподвижные, при движущейся системе координат
Условные обозначения

Рисунок 2 — Результаты вторичной обработки: а) одиночный объект, совершающий поворот на 60° за 6 с; б) два объекта, движущиеся параллельно с одинаковой скоростью 60 км/ч на расстоянии 500 м друг от друга; в) два объекта, движущиеся с пересекающимися курсами со скоростями 70 км/ч; г) десять объектов, подвижные и неподвижные, при движущейся системе координат


ПКИ работы РЛК в заданной ПЦО
Возможны несколько вариантов построения программно-аппаратного комплекса имитации (ПАКИ) или, в частном случае, ПКИ, отличающихся детализацией моделируемых процессов и количеством испытываемых подсистем РЛК. На рисунке 3 показана схема, демонстрирующая эти варианты.


Варианты реализации ПАКИ (ПКИ)

Рисунок 3 — Варианты реализации ПАКИ (ПКИ).

Упрощенно, для объектов настоящего обсуждения, РЛК состоит из:

  • антенного блока,
  • вычислительного блока, реализующего алгоритмы: когерентной обработки (на схеме — К), первичной (П) и вторичной (В) обработки РЛИ;
  • устройств индикации и управления.

С учетом этого, рассматриваются несколько контуров прохождения РЛИ от ПАКИ (ПКИ):
  • «контур 1» высокочастотного сигнала, поступающего от антенного блока ПАКИ и имитирующего отраженный радиолокационный сигнал. Данный контур охватывает все подсистемы РЛК, что позволяет проводить испытания РЛК в целом;
  • «контур 2» сигнала на промежуточной частоте, поступающего от генератора РЛИ. Данный вариант позволяет упростить реализацию ПАКИ (и схему испытаний РЛК) за счет исключения антенного блока;
  • «контур 3» цифрового сигнала от ПКИ — наиболее простой в реализации вариант, позволяющий проводить тестирование только ПАО РЛК.


На сегодняшний день специалистами АстроСофт завершается разработка ПКИ, позволяющего проводить тестирование ПАО РЛК («контур 3» на рисунке 3). В состав ПКИ входят два основных блока: имитатор помехо-целевой обстановки (ИПЦО) и имитатор распространения радиолокационного сигнала (ИРС).

Следующим шагом планируется создание ПАКИ, включающего Генератор РЛИ («контур 2» на рисунке 3).

Особенностью разрабатываемого комплекса, в сравнении с существующими решениями, уже в текущей реализации является унификация, реализуемая за счет модульного построения, возможности подключения моделей произвольной ПЦО, конфигурирования конструктивных параметров РЛК.

Создание ПКИ позволило специалистам АстроСофт отлаживать ПАО, разрабатываемое для РЛК, еще до начала испытаний в составе комплекса.

Заключение
Создание ПАО и ПКИ в описанном в статье объеме находится в текущий момент на завершающей стадии. Разработан математический аппарат и программные алгоритмы, работа ПАО проверяется на компьютерных моделях. Планируемая экспериментальная отработка ПАО в составе РЛК позволит подтвердить его работоспособность, проверить разработанные модели ПЦО и продолжить оптимизацию алгоритмов.

Применение разрабатываемого ПКИ ускорит процесс контроля характеристик и испытаний РЛК, снизит расходы на натурные испытания и позволит произвольно расширять спектр проводимых проверок. В конечном итоге, создание ПКИ позволит профильным организациям-разработчикам РЛК снизить сроки и стоимость работ и повысить предсказуемость поведения создаваемых комплексов в различных условиях, что положительно скажется на их качестве, приведет к ускорению импортозамещения и усилит позиции российских предприятий в данной области.

Создание ПО для РЛК является одной из областей компетенции компании «АстроСофт». Кроме разработок, описанных в статье, специалистами АстроСофт создан ряд программных средств для настройки, калибровки и тестирования аппаратуры РЛК (ЦАП, АЦП, портов, цифровых каналов и трактов, модулей памяти и др.), а также унифицированная программная библиотека для доступа к функциям системы управления лучом РЛК. Используется широкая кооперация с ведущими вузами и предприятиями, специализирующимися в области радиолокации.

Cписок литературы

  1. Коновалов А.А. Основы траекторной обработки радиолокационной информации: в 2 ч. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. Ч. 1. 164 с.
  2. Коновалов А.А. Основы траекторной обработки радиолокационной информации: в 2 ч. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014. Ч. 2. 180 с.
  3. Коновалов А.А., Воробьев Е.Н. Алгоритм последовательного обнаружения траектории радиолокационной цели // Сборник докладов Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям SCM-2016. Санкт-Петербург, 25 – 27 мая 2016 г. Том 1. С. 89 – 93.
  4. С.П. Калениченко, А.А. Коновалов, В.Н. Михайлов, Х.Т. Нгуен. Имитатор радиолокационных сигналов микроволнового диапазона // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», №1, 2004, С. 28 – 33.

Теги: вторичная обработка, зондирующий сигнал, имитационная модель, имитационное моделирование, компьютерная модель, компьютерное моделирование, математическая модель, первичная обработка, помехо-целевая обстановка, программное обеспечение, программный комплекс