algoritmo Track - Track algorithm
Um algoritmo de trilha é um radar e sonar estratégia de melhoria de desempenho. Algoritmos de rastreamento fornecer a capacidade de prever a posição futura de vários objetos em movimento com base no histórico das posições individuais sendo relatado por sistemas de sensores.
informação histórica é acumulado e utilizado para prever a posição futura para uso com o controle de tráfego aéreo, estimativa de ameaça, a doutrina sistema de combate, arma visando, de orientação de mísseis, e torpedo de entrega. dados de posição são acumulados ao longo do intervalo de poucos minutos a algumas semanas.
Há quatro algoritmos de pista comuns.
- Vizinho mais próximo
- Data Association probabilística
- Rastreamento hipótese múltipla
- Interativo Modelo Múltipla (IMM)
Conteúdo
História
Os algoritmos de rastreamento originais foram construídos em hardware personalizado que se tornou comum durante a II Guerra Mundial. Isto inclui tubos de armazenamento utilizadas com indicador exibe a posição prevista, altura gama indicadoras monitores, e pranchas de caneta-plotagem utilizados para o controlo de tráfego aéreo civil e de gestão de canal. Ele também inclui computadores analógicos costume, como o Mark I fogo Computer Controle usados com dados de radar para apontar armas, mísseis e torpedos associados com o controle de tráfego aéreo militar e gestão hidrovia.
Algoritmos de pista foram migrados de equipamento analógico para computadores digitais a partir da década de 1950 até a década de 1980. Isso foi necessário para eliminar limitações que incluem colisões de ar mid e outros problemas relacionados com equipamentos obsoletos que foi socializado por PATCO e Departamento de Defesa dos Estados Unidos . Tendências migratórias semelhantes ocorreram em outros países em todo o mundo por razões semelhantes.
Tráfego aéreo civil moderna e sistemas de combate militares dependem de uma algoritmos de pistas costumizadas usados com computação em tempo real escravo a monitores e periféricos.
Limitação de sistemas de computação digitais modernas estão processando velocidade, taxa de transferência de entrada-saída, o número de dispositivos de entrada e saída, e compatibilidade de software com partes de atualização.
Terminologia
Algoritmos de rastreamento operar com um sistema de coordenadas cartesianas . Isso é muitas vezes chamado de retangulares coordenadas, e é baseado no norte-sul, leste-oeste e altitude. Sensores de operar utilizando um sistema de coordenadas polares . Isto é frequentemente chamado coordenadas esféricas baseadas em elevação, de rolamento, e gama. Alguns terminologia comum é a seguinte.
| Prazo | Significado |
|---|---|
| Azimute | Ângulo ao longo do horizonte terra |
| rolamento | Ângulo ao longo do horizonte artificial (plataforma) |
| Elevação | Ângulo acima ou abaixo do horizonte |
| Alcance | Distância ao longo do plano estabelecido pelo horizonte |
| Slant Gama | Distância ao longo da verdadeira linha de visão |
| Verdade | Ângulo em terra coordena com o norte verdadeiro como a referência |
| Relativo | Ângulo no convés-coordenadas planas utilizando rumo do veículo como a referência |
| Retangular | coordenadas cartesianas normalmente conhecida como X, Y, e Z |
| Esférico | Coordenadas polares normalmente conhecida como gama, rolamento, e elevação |
Human interface
Os usuários são geralmente apresentados com vários monitores que mostram informações a partir de dados de faixas e sinais detectados matérias.
- indicador de posição plano
- Rolagem notificações para novas faixas, faixas divididas, e juntar-se faixas
- exibição amplitude gama
- Indicador de altura gama
- indicação de erro ângulo
- alertas sonoros (buzzer ou voz)
O alerta sonoro chama a atenção para a notificação de rolagem. Isto irá apresentar o número da faixa para coisas como a separação violação (iminente de colisão) e rasto perdido não localizado perto de uma instalação de desembarque.
As notificações de rolagem e alertas sonoros requerem nenhuma ação do usuário. Outros monitores ativar para mostrar informações adicionais apenas quando uma faixa é selecionado pelo usuário. A interface humana primária para o algoritmo de rastreamento é um display indicador de posição planejada. Isso normalmente coloca-se quatro peças de informação.
| Prazo | Significado |
|---|---|
| vídeo bruto | pulsos de detecção analógicos a partir de sistemas de radar e sonar |
| pista | Um símbolo e número permitindo aos operadores identificar inequivocamente o veículo |
| Líder | Uma linha mostrando onde o veículo vai ser no futuro. |
| IFF | dados do transponder que mostram identidade. Isso pode incluir a velocidade, altitude, e indo em aviões comerciais. |
O algoritmo de controle produz simbologia que é exibido no indicador de posição Plano.
Os usuários têm um dispositivo apontador com vários botões que fornece acesso ao arquivo de música através do Indicador de Posição Plano. O dispositivo apontador típico é uma bola de pista, que funciona da seguinte forma.
| Prazo | Significado |
|---|---|
| Ative Botão | Traga um cursor para o centro do visor. |
| bola rolando | Usado para se deslocar o cursor perto de um símbolo faixa ou vídeo sensor de cru. |
| Botão gancho | Seleccione a faixa uma vez que o cursor estiver no local desejado. |
| gota Botão | Retornar a tela à sua condição normal de funcionamento (não associadas com faixas caindo). |
ação gancho desliga o cursor e exibe informações adicionais a partir do algoritmo pista. O usuário pode executar ações enquanto o gancho é ativo, como se comunicar com o veículo ou notificar outros usuários sobre o veículo associado com a pista.
Operação
O algoritmo trilha vizinho mais próximo é descrito aqui pela simplicidade.
Cada nova detecção relatado a partir dos dados do sensor de entrada é introduzido no algoritmo de pista, o qual é usado para conduzir exibe.
operação algoritmo trilha depende de um arquivo de música, que contém dados de faixa históricos, e um programa de computador que atualiza periodicamente o arquivo de pista.
Sensores de informação (dados do radar, de sonar, e transponder) é fornecido para o algoritmo de pista, utilizando um sistema de coordenadas polares , e este é convertido no sistema de coordenadas cartesianas para o algoritmo de pista. O polar para conversão cartesiano utiliza dados de navegação para sensores montados em veículos, o que elimina as alterações de posição do sensor causadas por navio e do movimento da aeronave que dados da faixa de outro modo corruptos.
Modo faixa começa quando um sensor produz uma detecção sustentada em um volume específico de espaço.
O algoritmo trilha leva uma das quatro ações quando esta nova dados do sensor chega.
| Açao | Explicação |
|---|---|
| Loja | dados do sensor são armazenados temporariamente para captura e avaliação pista |
| Solta | dados do sensor armazenados falhou a cair dentro do volume faixa ou volume de captura dentro do prazo (descartado) |
| Capturar | dados do sensor cai perto dados de sensores anteriores não associados com uma faixa e uma nova faixa é desenvolvido |
| pista | dados do sensor cai dentro do volume de uma faixa existente e é adicionado ao rastrear o histórico para essa faixa |
Cada objeto separado tem a sua própria informações da faixa independente. Isso é chamado de histórico de traçado. Isto poderia ser tanto quanto uma hora para objetos transportados pelo ar. Rastrear o histórico de objetos submersos pode se estender para trás várias semanas.
Cada tipo diferente de sensor de produz diferentes tipos de dados de faixa. Um radar 2D com um feixe de fã não produz nenhuma informação de altitude. Um radar 4D com um feixe de lápis produzirá velocidade Doppler radial além de rolamento, de elevação, e alcance inclinado.
Loja
Dados novo sensor é armazenado por um período limitado de tempo. Isso ocorre antes da trilha, captura e processamento de queda.
Os dados armazenados deve ser realizada por um tempo limitado para dar tempo para a comparação com faixas existentes. dados armazenados também deve ser mantida o tempo suficiente para concluir o processamento necessário para desenvolver novas faixas.
Solta
Dados perde rapidamente qualquer finalidade para sistemas de sensores que utilizam um M fora de N estratégia de detecção. Dados armazenados são muitas vezes caiu após N scans ter expirado com menos de M detecções dentro de um volume específico.
processamento de queda ocorre apenas após o processamento pista e captura acontece. Soltar dados podem às vezes ser extraído da memória principal e gravadas em mídia de armazenamento, juntamente com o arquivo de trilha para análise offsite.
Capturar
A estratégia de captação depende do tipo de sensor.
processamento de captura acontece apenas os dados do sensor depois armazenados tem sido comparado com todas as faixas existentes.
Non-Doppler
Cada detecção do sensor está rodeado por um volume de captura . Esta é a forma de uma caixa. O tamanho do volume de captura é aproximadamente a distância que o veículo mais rápido possível viajar entre varreduras sucessivas de que mesmo volume de espaço.
Sensores (radar) digitalizar um volume de espaço periodicamente.
Como exemplo, uma distância de captura de 10 milhas requerem exames periódicos não mais de 15 segundos de diferença, a fim de detectar veículos viajando a Mach 3. Esta é uma limitação de desempenho para sistemas não-Doppler.
Transição para rastrear começa quando o volume de captura para duas detecções sobrepõem.
Cada nova detecção não emparelhado com uma faixa é comparado com todos os outros detecção ainda não ser emparelhado com uma faixa (correlação cruzada com todos os dados armazenados).
Transição para rastrear tipicamente envolve uma estratégia M de N, tal como, pelo menos, 3 detecções de um máximo de 5 leituras.
Esta estratégia produz um grande número de pistas falsas devido à desorganização perto do horizonte e no viscidity do fenômeno climático e biológicos. Aves, insectos, plantas, ondas e tempestades de gerar dados do sensor o suficiente para abrandar o algoritmo de pista.
Excesso de pistas falsas degradar o desempenho porque o algoritmo de carregamento trilha fará com que ele deixar de atualizar todas as informações no arquivo de pista antes de sensores de começar a próxima varredura começa. Joio se destina a negar a detecção explorando essa fraqueza.
Movendo indicação alvo (MTI) é tipicamente utilizada para reduzir falso desordem faixas para evitar sobrecarregar o algoritmo de pista. Sistemas que não possuem MTI deve reduzir a sensibilidade do receptor ou prevenir a transição para acompanhar em regiões desordem pesados.
Doppler
Bloquear e velocidade radial são única exigência para sensores Doppler que adicionar camadas adicionais de complexidade para o algoritmo pista.
A velocidade radial do reflector é determinada directamente em sistemas de Doppler por medição da frequência do reflector sobre o curto espaço de tempo associada com a detecção. Esta frequência é convertido em velocidade radial.
A velocidade radial do reflector é também determinada através da comparação da distância para verificações sucessivas.
Os dois são subtraídos, e a diferença é calculada a média brevemente.
Se a diferença média cai abaixo de um limiar, em seguida, o sinal é um bloqueio .
Bloqueio significa que o sinal obedece a mecânica newtoniana . Refletores válidos produzir um bloqueio. Sinais inválidos não. Reflexões inválidos incluem coisas tais como lâminas de helicóptero, onde o Doppler não correspondem com a velocidade que o veículo se desloca através do ar. Sinais inválidos incluem microondas realizadas por fontes de separar a partir do transmissor, como o bloqueio de radar e decepção .
Refletores que não produzem um sinal de bloqueio não pode ser rastreada através da técnica convencional. Isto significa que o circuito fechado de realimentação deverá ser aberta para objectos como helicópteros porque o corpo principal do veículo pode ser abaixo da velocidade de rejeição (apenas as lâminas são visíveis).
Transição para rastrear é automática para detecções que produzem um bloqueio. Isto é essencial para homing radar semi-ativo que requer informações de velocidade obtida pelo radar plataforma de lançamento.
Transição para rastrear é manual para fontes de sinal não-newtoniana, mas o processamento de sinal adicional pode ser usada para automatizar o processo. Doppler feedback de velocidade deve ser desativado nas proximidades de refletores, como helicópteros, onde a medição de velocidade Doppler não correspondem velocidade radial do veículo.
dados do sensor de pulso-Doppler inclui a área objeto, velocidade radial, e estado de bloqueio, que são parte da lógica de decisão que envolve juntar pistas e faixas de divisão.
Passiva
As informações do sensor passivo inclui apenas os dados de ângulo ou tempo. escuta passiva é utilizada quando o sistema de rastreamento não está emitindo qualquer energia, como com sistemas submarinos, com medidas de proteção eletrônica, e com sensores de projéteis.
Os três estratégias são bi-estático, de abertura sintética, e tempo de chegada.
Biestáticos medições consiste em comparar os dados a partir de vários sensores que podem produzir apenas dados angulares. Distância é identificado através de paralaxe .
De abertura sintética envolve tomar várias medidas angulares ao passo que as manobras de emissor. O processo é semelhante ao mecânica celeste onde órbita é encontrado a partir da linha de dados do local. A distância para um veículo viajando a uma velocidade constante vai cair em pontos discretos ao longo de uma linha reta cortando transversalmente a linha do site. O efeito de Coriolis podem ser utilizados para determinar a distância a esta linha, quando o objecto mantém uma velocidade constante durante um turno. Esta estratégia é normalmente usado com homing radar semi-activo e com os sistemas submarinos.
As medições do tempo são usados para identificar os sinais de impulso a partir de fontes, tais como de projécteis e bombas. Bombas produzir um único impulso, e a localização pode ser identificado através da comparação do tempo de chegada como a onda de choque passa ao longo de 3 ou mais sensores. Projécteis produzir um impulso inicial da explosão focinho com uma onda de choque viaja radialmente para fora, perpendicularmente ao percurso do projéctil supersónico. A onda de choque do projétil chega antes da explosão focinho para o fogo de entrada, de modo que ambos os sinais devem ser emparelhado com o algoritmo de rastreamento. projéteis subsônicas emitem uma onda de choque que chega depois da explosão focinho.
A assinatura emissão do sinal deve ser utilizado para corresponder-se os dados angulares para realizar a captura pista quando múltiplas fontes de sinal de chegar ao sensor de simultaneamente.
pista
Todos os novos dados do sensor é comparado com faixas existentes antes de captura ou queda de processamento ocorre.
posição na pista e informação de velocidade estabelece um volume pista em uma posição futura. Dados novo sensor que cai dentro dessa caixa pista é anexado ao histórico de traçado para essa pista e excluído do armazenamento temporário.
Durante a operação, as medições do sensor XYZ para cada veículo são anexados ao ficheiro o carril associado com esse veículo. Este é o histórico de traçado que é usado para manter o controle de posição e velocidade. XYZ velocidade é determinada pela subtração dos valores sucessivos e dividindo pela diferença de tempo entre os dois varrimentos.
As faixas em que o veículo continua a produz uma detecção são chamados faixas activas . O volume pista é muito menor do que o volume de captura.
A faixa é continuada rapidamente na ausência de quaisquer detecções. Faixas sem detecções tornam-se faixas costeou . A informação de velocidade é utilizada para mover o volume da faixa através do espaço brevemente como o volume da faixa é expandida.
Novas faixas que caem dentro do volume de captura de uma faixa coasted são cross correlacionados com o histórico de traçado da pista nas proximidades inércia. Se a posição e velocidade são compatíveis, então o histórico de traçado costeou é combinado com a nova faixa. Isso é chamado de faixa de juntar-se .
Uma nova faixa que começa em ou perto do volume de captura de um traçado activo é chamado de faixa de separação .
trilha costeou, juntou pista, ea faixa dividida disparar um alerta operador. Por exemplo, uma costa faixa pode resultar de uma colisão de aeronaves, de modo a causa precisa ser determinado de outra forma pessoal de supervisão precisa ser notificado.
Pessoal de controle de tráfego aéreo civis usar líderes produzidos pelo algoritmo de controle para alertar os pilotos quando a posição futura de duas faixas violar o limite de separação .
Dados faixa é geralmente gravadas em caso que uma investigação é necessária para estabelecer a causa raiz para uma perda de aeronaves.
Este é um caso especial do filtro de Kalman .