SE511509C3 - Metod foer att optimera taeckningsomraadet foer en sensor - Google Patents

Description

10 511 »509 2 eftersom antennens pekriktning i höjdled kommer att variera på ett oönskat vis i samband med flygplanets svängar.

Andra kända lösningar redogörs för i bland annat US 5 097 267, US 4 779 097 och US 5 357 259. Dessa dokument redovisar metoder för att lösa täckningsproblem i samband med gruppantenner monterade på flygplan. Samtliga de lösningar som redogörs för i dessa dokument innefattar mekanisk styrning av antennerna i förhållande till plattformen, vilket kan sägas leda till komplexa och därmed dyra lösningar.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN: Det problem som löses enligt uppfinningen är sålunda att inom ett visst givet område optimera den täckning som uppnås med en sensor, företrädesvis en radar, vilket område i sig kan inrymma ett antal mindre delområden. I synnerhet avser uppfinningen lösa det problem som uppstår om området ifråga är större än sensorns täckningsområde, och sensorn har en symmetrisk men vinkelberoende räckvidd i åtminstone ett plan samt är anordnad på en rörlig plattform, vars huvudsakliga rörelse äger rum i det plan i vilken sensorns räckvidd är symmetrisk.

Detta problem löses med hjälp av en optimeringsmetod vilken innefattar bestämning av åtminstone två rörelseriktningar för sensorplattformen, bestämning av rörelsecentrum för dessa två rörelseriktningar, samt bestämning av de tidslängder under vilken sensorplattformen skall förflytta sig i var och en av nämnda två rörelseriktningar.

Optimeringen innefattar i en föredragen utföringsform minimering av summan av skillnaderna mellan önskad och uppnådd räckvidd i vinkelled. ' 511 509 3 Ett faktum som.utnyttjas vid tillämpning av uppfinningen är att sensorplattformens förflyttning i de allra flesta fall är avsevärt mindre än sensorns räckvidd, vilket gör att sensorplattformen oaktat sin rörelse väsentligen kan anses vara stationär.

I en föredragen bildar de två rörelseriktningarna en sluten kontur, i vilket fall deras utföringsform rörelsecentrum utgör konturens centrumpunkt. I en annan utföringsfornni vilken de två rörelseriktningarna ej bildar en sluten kontur, utan snarare en sammanhängande men ej sluten form, bildar rörelsecentret en ndttlinje i denna sammanhängande form.

Plattformens rörelsecentrum befinner sig i bägge de ovan nämnda fallen företrädesvis inom spaningsområdet.

BESKRIVNING AV RITNINGARNA: Uppfinningen kommer nedan att beskrivas mer ingående med hjälp av ett utföringsexempel och med hänvisning till de bifogade ritningarna, där Fig 1 visar ett räckviddsdiagram för en viss given detekteringssannolikhet för'en radar på vilken uppfinningen kan tillämpas, och Fig 2 visar ett räckviddsdiagram för radarn i fig 1, när radarn är nmnterad på en plattform vilken rör sig i en kvadratisk bana, och Fig 3 visar upptäcktsräckvidden för radarn i fig 1, när radarn är monterad på en plattform vilken rör sig i en kvadratisk bana, och Fig 4 schematiskt visar en tänkt tillämpning av en metod enligt uppfinningen, sett ovanifrån, och 511 ”1509 4 Fig 5 schematiskt visar en annan tänkt tillämpning av en metod enligt uppfinningen, sett ovanifrân.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM: I fig 1 visas ett räckviddsdiagranl för' en viss given detekteringssannolikhet för en radar på vilken uppfinningen kan tillämpas. Uppfinningen kommer i det följande genomgående att beskrivas tillämpad på en radar monterad på ett flygplan, men det bör inses att uppfinningen i princip kan tillämpas på en stor mängd olika sensorer, såväl aktiva som passiva, samt att den plattform på vilken sensorn är anordnad kan variera.

Som exempel på passiva sensorer kan nämnas IR-sensorer, och som exempel på andra typer av sensorplattformar kan nämnas fartyg och bilar. Begreppet flygriktning som kommer att användas nedan bör ses som rörelseriktningen för en godtycklig sensorplattform.

Som framgår av fig l har radarn en räckvidd vilken är symmetrisk och vinkelberoende i åtminstone det plan vilket visas i fig 1. Ett problem att lösa blir då optimering av radarns täckning i vinkelled i ett visst givet sökområde, vilket sökområde vanligtvis är större än radarns största täckningsområde. Med optimering avses här anpassning av radarns täckning till ett visst givet spaningsområde. Nedan följer en definition av vad som avses med begreppet täckning i denna beskrivning.

Täckningen kan delas in i två begrepp, följekontinuitet och upptäcktsräckvidd : - följekontinuiteten definieras som det område inom vilket man kontinuerligt vid väsentligen rätlinjig rörelse viss hos sensorplattformen uppnår en detekteringssannolikhet per radarsvep. Följekontinuiteten ' 511 509 vid flygning i mer än en riktning fås genom att beräkna överlappningen mellan räckvidderna för de olika flygriktningarna, I fig 2 visas följekontinuiteten för sama radar som i fig 1, vid flygning i en kvadratisk flygbana vilken i figuren visas starkt uppförstorad.

Följekontinuiteten blir då överlappningen mellan tvâ diagram av sama typ som det i fig 1, vilka två diagram är i rät vinkel mot varandra. - upptäcktsräckvidd definieras i denna beskrivning som den räckvidd för vilken den detekteringssannolikheten uppgår till ett visst värde för ackumulerade radiellt inkommande mål med en viss radarmålarea och en viss hastighet. Ackumulerad detekteringssannolikhet för ett visst mål kan uttryckas som 1-[(1-1>d(1))(1-Pd(2)).....(1- Pd(N))], där Pd(n) är detekteringssannolikheten för ett visst mål vid radarsvep nummer n. I fig 3 visas upptäcktsräckvidden för samma radar som i fig 1 vid flygning i. en kvadratisk flygbana, vilken visas starkt uppförstorad i ritningen.

Givet de förutsättningar som gäller i föreliggande fall kan man visa att det är tillräckligt med högst två flygriktningar för att lösa det ovan beskrivna optimeringsproblemet. Fler än två flygriktningar kan inte förbättra optimeringen.

Vad gäller följekontinuiteten beror detta på att följekontinuiteten ovan har definierats som överlappningen mellan de olika flygriktningarnas täckningar, och det inses att fler än två flygriktningar enbart kan leda till minskad överlappning. Avseende upptäcktsräckvidden kan man fallen 0° mellan visa att de två respektive 90° flygriktningarna ger den bästa täckningen, med andra ord 511 509 6 att 0° ger bäst räckvidd i en bestämd vinkel, och att 90° ger bäst räckvidd betraktat över alla vinklar.

I praktiken kan nan, om man vill åstadkoma en sluten flygbana, bli tvungen att införa ytterligare två flygriktningar, vridna 180° grader från de två första.

Dessa ytterligare två flygriktningar blir med andra ord bara "kontrakurser" med avseende på de två första flygriktningarna. På grund av radarns symmetri (se fig 1) påverkar detta ej lösningen av optimeringsproblemet.

Eftersom det sålunda har kunnat konstateras att två flygriktningar räcker för att optimera radarns täckning återstår att bestämma följande parametrar för att erhålla en optimal täckning: - De två flygriktningarna, - Rörelsecentrum för de två flygriktningarna, - Tidslängderna för förflyttning i var och en av de tvâ flygriktningarna.

I fig 4 visas en översiktlig skiss av en tillämpning av uppfinningen, sett ovanifrån. Inom ett område R finns ett antal delområden A, B, och C vilka är de områden som det egentligen är av intresse att täcka med radarn. Eftersom radarn i detta utföringsexempel är en radar med elektriskt styrbar antenn har, som visas i figuren, antennen styrts att enbart täcka delområdena A, B och C, vilket i fig 4 antyds med täckningsområdena RA, RB och Rc.

Flygplanet i fig 4 rör sig i en rombformad rörelse, vilken rörelse har sitt centrum i koordinaterna (xo, yfl.

Rombformen enligt vilken flygplanet rör sig består av fyra “ben", vilka egentligen utgöres av tvâ flygriktningar och deras respektive kontrakurser. '511 509 7 De två flygriktningarna har vinklarna a respektive ß gentemot en referensriktning, i figuren norriktningen N. Givetvis kan även vinklarna. y och y' mellan de två flygriktningarna bestämmas, varefter hela gemensam gemensam orientering gentemot en flygkonturens referensriktning bestäms.

Vardera flygriktningen följs under en viss tid, eller under en sträcka som svarar mot förflyttning under en viss tid.

Dessa sträckor har i fig 4 getts beteckningarna La respektive Lß.

Det optimeringskriterium som användes enligt uppfinningen innefattar minimering (i vinkelled) av skillnaden mellan önskad och uppnådd räckvidd, vilket i praktiken innebär att man beräknar en summa av sådana skillnader för ett lämpligt antal vinklar i det eller de intervall man vill täcka. Den flygbana som ger den minsta sådana summan väljs som flygbana för sensorplattformen. Detta kommer att utvecklas närmare i det följande.

Det optimeringskriterium som användes enligt uppfinningen innefattar med andra ord minimering (i vinkelled) av skillnaden mellan önskad och uppnådd räckvidd. Önskad räckvidd R2 och uppnådd räckvidd R, visas i fig 4 :i en bestämd riktning. Det som optimeringskriteriet är sålunda differensen Rfd. I fig 4 visas, för att fig 4 ej skall bli otydlig, bara en beräknas enligt differens Rf4q, men givetvis kan, som antytts ovan, ett flertal differenser för konsekutiva vinklar beräknas för varje delområde A, B och C, eller snarare för de områden RA, RB och Rc som radarn avsöker.

Optimeringen utförs då genom att minimera summan av dessa differenser för den eller de sektorer sonlman önskar täcka.

Minimeringen innebär sålunda att man antingen täcker in så 511 509 ~ 8 mycket av delområdena A,B,C son1möjligt om full täckning ej kan uppnås, eller att man täcker delområdena A,B,C ned minsta möjliga utsänd effekt från radarn. Uteffekten och suman av de ovan nämnda differenserna kan med andra ord betraktas som parametrar vilka skall minimeras. önskemål om vilken funktion, Om man har olika upptäcktsräckvidd eller följekontinuitet som bör prioriteras inonx de olika delområdena A,B,C kan varje delområde A,B,C DeSSä ges två viktfaktorer, en för vardera funktionen. viktfaktorer används sedan vid optimeringen. Viktfaktorerna kan även varieras adaptivt under flygning.

Vilken matematisk metod som används för att utföra optimeringen enligt uppfinningen är inte av avgörande betydelse. Nedan kommer dock en tänkbar algoritm. att skildras för att underlätta förståelsen för uppfinningen. 1. Finn en initiallösning. Detta kan exempelvis göras (XOIYO) till mittpunkten nællan de två delområdeshörnpunkter som har genom att sätta mittpunktens position störst inbördes avstånd, samt genom att sätta de två flygriktningarna (a,ß) vinkelräta mot varandra, varvid den ena flygriktningen sätts att sammanfalla med en linje genom nämnda två hörnpunkter. 2. Variera de två flygriktningarna, deras rörelsecentrum samt tidslängderna för förflyttning i respektive riktning på ett strukturerat sätt så att en stegvis bättre lösning, med andra ord en mindre och mindre differens, erhålles. 3. Avbryt sökningen när differensen har nått en gräns vilken anses vara godtagbar. Denna gräns kan vara bestämd på förhand eller kan varieras adaptivt/interaktivt næd operatören vid beräkningen. 511 509 9 I fig 5 visas en översiktlig skiss av en alternativ tillämpning av uppfinningen, sett ovanifrån. I ett omrâde R' finns ett antal delområden D, E, och F. Skillnaden mellan tillämpningarna i fig 5 och fig 4 är att flygbanan i fig 5 ej utgör en sluten kontur, utan istället bildar en öppen samanhängande kontur. Rörelsecentrum för denna kontur blir då inte en diskret punkt (xo, yo) som i fig 4, rörelsecentrum blir istället en mittlinje Lci konturen. I övrigt används samma metod som har skildrats ovan.

Kursvinklarna har getts sama beteckningar i fig 5 som i fig 4. I fig 5 visas flygplanets position längs banan i punkten (x, y), och radarns antenn har styrts för att täcka delområdena D, E, och F vilket i fig 5 antyds med täckningsområdena RD, RE och RF.

Uppfinningen är inte begränsad till de utföringsexempel som har beskrivits ovan, utan kan fritt varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Exempelvis är det inte nödvändigt att plattformens rörelsecentrum befinner sig inom spaningsområdet. Vidare kan man göra optimeringen genom att istället för att minimera differenserna mellan önskad och uppnådd räckvidd RfJ§ sträva efter att maximera differensen Rfäg. Det är ej heller helt nödvändigt att den sensor på vilken uppfinningen tillämpas har en symmetrisk räckvidd, uppfinningen kan även tillämpas på andra typer av sensorer vars räckvidd är vinkelberoende men ej symmetrisk.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 511509 i ; 10 PATENTKRAV:

1. Metod för att inom ett område (R) vilket i sig inrymmer ett antal delområden (A,B,C) optimera den täckning som uppnås med en sensor vilken har en vinkelberoende räckvidd i åtminstone ett plan och vilken är anordnad på en rörlig sensorplattform, kännetecknad därav att metoden innefattar följande steg: - bestämning av åtminstone två rörelseriktningar (a,ß;y,y') för sensorplattformen, - bestämning av rörelsecentrum (xo,yo;Lc) för nämnda två rörelseriktningar, - bestämning av tidslängder ¶(L,,L,) under vilka sensorplattformen skall förflytta sig i var och en av nämnda två rörelseriktningar (a,ß;y,y'), varvid (mßzwnfl), (xmyfiLc) och tidslängderna (L,,,L,) varieras så att summan av skillnaderna mellan önskad (Ry och uppnådd räckvidd (RQ rörelseriktningarna rörelsecentrum i vinkelled minimeras.

2. Metod enligt krav 1, enligt vilken plattformens rörelsecentrum (xmyfiLc) befinner sig inom nämnda område.

3. Metod enligt krav 1 eller 2, enligt vilken nämnda två rörelseriktningar (a,ß;y,y') bildar en sluten kontur, varvid nämnda rörelsecentrum utgör konturens centrumpunkt (X0rY0)~ ,

4. Metod enligt krav 3, enligt vilken de i nämnda område ingående delområdena (A,B,C) tilldelas viktningsfaktorer för användning vid minimeringen. 10 15 20 #511 509 ll

5. Metod enligt något av föregående krav, enligt vilken sensorn är en aktiv sensor.

6. Metod enligt något av föregående krav, enligt vilken sensorn är en passiv sensor.

7. Metod enligt krav 5, enligt vilken den aktiva sensorn är en radar.

8. Bruk av metod enligt något av föregående krav tillämpad på en sensor vars räckvidd är symmetrisk i åtminstone det plan i vilket sensorns räckvidd är vinkelberoende, och vilken är anordnad på en rörlig sensorplattform vars huvudsakliga rörelse äger rum i det plan i vilken sensorns räckvidd är symmetrisk.

9. Bruk av nætod enligt något av föregående krav i. en sensorplattform som utgöres av ett flygplan.

10. Bruk av nætod enligt något av föregående krav i en sensorplattform som utgöres av ett fartyg.

11. Bruk av metod enligt något av föregående krav i en sensorplattform som utgöres av ett markfordon.