Nghiên cứu thuật toán và mô phỏng hợp nhất quỹ đạo bay trên tiêu đồ

Nếu việc bố trí 3 ra đa ở các vị trí gần nhau thì chúng ta có thể áp dụng trực tiếp thuật toán trung bình trọng số, nhưng trong thực tế để đảm bảo tính hiệu quả và bí mật chúng ta phải[r]

NGHIÊN CỨU THUẬT TỐN VÀ MƠ PHỎNG HỢP NHẤT

QUỸ ĐẠO BAY TRÊN TIÊU ĐỒ

Vương Anh Tuấn*, Trương Khánh Nghĩa

Tóm tắt: Trên sở khảo sát hoạt động thu thập thông tin trạm đa cảnh giới trình thể quỹ đạo mục tiêu bảng tiêu đồ, đồng thời, với việc phân tích số hạn chế hệ đơn đa trinh sát, báo này, chúng tôi đề xuất sử dụng mạng đa đa trinh sát thuật toán hợp quỹ đạo bay của mục tiêu mà phát Từ đó, xây dựng phần mềm mơ q trình hợp quỹ đạo đối tượng bay mạng đa đa trinh sát

Từ khóa: Mạng đa, Quỹ đạo bay, Tiêu đồ, Phần mềm mơ phỏng, Thuật tốn hợp quỹ đạo đa

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Mặc dù loại đa ngày cải tiến trang bị công nghệ tiên tiến nhất, có độ xác cao việc phát mục tiêu [1], nhưng, mục tiêu áp dụng cơng nghệ có khả tàng hình tránh bị phát loại đa, chí cịn có khả phát tiêu diệt đa [2] Vì vậy, việc sử dụng hệ thống đơn đa đáp ứng tính hiệu quả, tính xác việc phát tiêu diệt mục tiêu tác chiến thực tế Để đảm bảo tính xác, tính hiệu bắt, bám mục tiêu, hệ thống mạng lưới với nhiều đa sử dụng [3], đa loại khác loại bố trí vị trí khác nhau, gần xa Và để đảm bảo tính động, tính linh hoạt bí mật, tránh bị phát tiêu diệt thực tế đa thường xuyên bố trí cách xa

Các phương pháp hợp liệu truyền thống phương pháp bình phương tối thiểu [4], phương pháp trung bình trọng số [5], thuật toán hợp liệu sử dụng rộng rãi, nhiên, phương pháp áp dụng đa hệ đa đa bố trí gần nhau, ngược lại đa bố trí cách xa phương pháp khơng thể sử dụng cách trực tiếp sai số lớn Trong thực tế tác chiến, nhiều yếu tố bí mật chiến thuật tác chiến mà đa thường xuyên phải bố cách xa nhau, vậy, báo này, chúng tơi nghiên cứu, cải tiến đề xuất thuật tốn trung bình trọng số để hợp liệu đa

2 NỘI DUNG CẦN GIẢI QUYẾT

2.1 Thuật tốn, xây dựng phần mềm mơ q trình hợp quỹ đạo các đối tượng bay mạng đa đa

Sơ đồ thuật toán hợp quỹ đạo liệu độ đo hệ đa đa trinh sát

chuyển đổi sang hệ tọa độ, thuật tốn trung bình trọng số sử dụng vào thời điểm

Quá trình thực thể sơ đồ sau:

Dữ liệu độ đo đa dạng tọa độ cực, đó, trước hết chuyển đổi sang dạng tọa độ chữ nhật Vì vị trí đa khác liệu độ đo dựa tọa độ đa Do đó, cần thiết phải chuyển đổi tọa độ hệ tọa độ mà tâm tâm hợp liệu độ đo đa Trong trình chuyển đổi, phân bố lỗi (hay sai số) thay đổi Chìa khóa thuật tốn trung bình trọng số để tính tốn trọng số, trọng số có liên quan trực tiếp tới sai số đo lường, thiết phải tính toán việc phân bố sai số sau chuyển đổi tọa độ

2.2 Chuyển đổi tọa độ sai số chuyển đổi liệu mạng đa đa

Chuyển đổi từ tọa độ cực sang tọa độ chữ nhật

Giả sử khoảng cách mục tiêu i phương vị mục tiêu i Sử dụng công thức (1) để chuyển đổi tọa độ mục tiêu từ hệ tọa độ cực sang tọa độ chữ nhật[6] Sau đó, tọa độ mục tiêu có dạng tọa độ chữ nhật (xi,yi)

(1)

Chuyển đổi từ tọa độ chữ nhật sang tọa độ cực

Giả sử kết hợp tọa độ mục tiêu theo trục x theo trục y là: xivà

i

y Sử dụng công thức (2) để chuyển đổi tọa độ ta thu tọa độ mục tiêu

(2)

Phép dịch chuyển song song hệ tọa độ

Đối với tọa độ mục tiêu hệ tọa độ chữ nhật (dựa sở tọa độ đa, liệu mục tiêu đa), liệu chuyển đổi hệ tọa độ mà gốc tọa độ tâm hệ tọa độ hợp

Giả sử tọa độ đa là: (x0,y0), hệ tọa độ hợp có tâm )

,

(x1 y1 , (x' ,y') tọa độ mục tiêu mà đa phát Tính tốn phép chuyển dịch tọa độ mục tiêu (x,y) hệ tọa độ hợp theo công thức sau:

Dữ liệu độ đo

Chuyển đổi từ tọa độ cực sang tọa độ chữ nhật

Dịch chuyển song song hệ tọa độ

Tính tốn sai số

Tính tốn trọng số

Tổng hợp liệu dựa trọng số

(3)

Tính tốn sai số:

Giả sử khoảng cách phương vị mục tiêu đo đa ivà i

 Và sai số khoảng cách sai số phương vị tuân theo phân bố chuẩn với sai số trung bình Sai số bình phương tối thiểu (MSE) khoảng cách phương vị và  Sau chuyển đổi tọa độ mục tiêu từ tọa độ cực sang tọa độ chữ nhật phân bố sai số thay đổi Giả sử ma trận đồng phương sai R, R tính theo cơng thức (4)

                                   22 21 12 11 2 2 cos sin sin cos 0 cos sin sin cos 0 r r r r A A R T T                     (4) đây: r112cos22sin22,r222sin22cos22,r12r21(222)sincos

Trong ứng dụng thực tế, sai số tính tốn theo trục tọa độ chữ nhật bỏ qua, r12 r21 0 Khi chuyển đổi tọa độ mục tiêu từ liệu độ đo hệ tọa độ hợp nhất, phép dịch chuyển song song không làm thay đổi đặc trưng sai số, phân bố sai số tính theo cơng thức (5)

         2 2 2 2 2 2 cos sin sin cos               y x (5)

2.3 Hợp liệu nhiều đa trinh sát (mạng đa đa)

Sau chuyển đổi tọa độ tính tốn sai số dịch chuyển, tọa độ mục tiêu chuyển sang hệ tọa độ có tâm tọa độ hợp thu phân bố sai số vừa thay đổi Giả sử có n đa có n liệu khoảng cách n liệu phương vị đo Thông qua việc chuyển đổi tọa độ, ta n tọa độ theo hướng x, n tọa độ theo hướng y Tại thời điểm này, tọa độ thu tiến hành hợp cách sử dụng thuật toán trung bình trọng số

2.4 Tính tốn trọng số liệu độ đo

Thuật tốn trung bình trọng số phương pháp hiệu nhất, ý tưởng phương pháp gán trọng số cho đa dựa độ xác, độ tin cậy, số khác đa Trọng số lớn gán cho đa có độ xác độ tin cậy cao ngược lại trọng số nhỏ cho đa có độ xác độ tin cậy thấp

Giả sử có n đa sử dụng cho việc đo đạc tọa độ mục tiêu, liệu độ đo đa i ký hiệu zi (i1,2, n) Mỗi đa có số hiệu xuất thực khác nhau, phạm vi bị tác động ảnh hưởng nhân tố khác khác nhau, zi ngẫu nhiên, zi tuân theo phân bố chuẩn, nói cách khác, zi ~ N (0, i )

Để đảm bảo MSE liệu hợp đạt tối thiểu, sử dụng phương pháp nhân tử Lagrange[6] để tính tốn trọng số hợp Trọng số hợp liệu độ đo tính tốn theo cơng thức sau:

   n i i i i w 2 1   (6)

Trong trường hợp đặc biệt, đa trinh sát có độ xác độ đo:

  

1    n  trọng số hợp đa là: wi 1/n )

, , (i n

2.5 Tổng hợp liệu độ đo dựa trọng số

Ta thấy, từ cơng thức (6), trọng số liệu độ đo có liên hệ với MSE liệu độ đo Và việc cần tính tốn MSE liệu hợp cho việc tính tốn trọng số Đối với đa trinh sát, khoảng cách mục tiêu, phương vị mục tiêu độ đo MSE cung cấp dạng tọa độ cực, việc hợp liệu lại đòi hỏi tiến hành hệ tọa độ đề hay tọa độ chữ nhật, vậy, cần thiết phải tính tốn MSE chuyển đổi cách sử dụng công thức (5)

Giả sử độ đo khoảng cách mục tiêu phương vị mục tiêu thời điểm i i, sai số độ đo khoảng cách phân bố N(0, i), sai số độ đo phương vị phân bố N(0, i) Thì trọng số hợp wxitheo trục x wyitheo trục y tính theo cơng thức (7):

                       n

i i i i i i

i i i i i yi n

i i i i i i

i i i i i xi w w 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 cos sin cos sin sin cos sin cos                             (7)

Sau tính số hợp wxitheo trục x wyi theo trục y, giá trị hợp xitheo trục x giá trị hợp yi theo trục y tính theo cơng thức (8)

             n i i i yi i n i i i xi i w y w x 1 sin cos     (8)

3 MƠ PHỎNG, TÍNH TỐN, THẢO LUẬN

Để xác minh tính hiệu thuật tốn báo này, chúng tơi thực thử nghiệm sau: Giả sử có đa trinh sát triển khai theo dõi mục tiêu mặt đất Vận tốc mục tiêu 40m/s Khoảng cách ban đầu 600m Độ xác khoảng cách kiểm nghiệm Ra đa 10m, 10m, 20m, độ xác phương vị kiểm nghiệm đa 5mil, 5mil, 10mil, khoảng thời gian thử nghiệm 0.1s, thời gian thử 10s Mỗi đa thu 100 liệu khoảng cách 100 liệu phương vị (mil là đơn vị đo độ dài phổ biến hệ thống có độ xác cao (ra đa), mil = 1/1000 inch ~ 0.0254 mm)

3.1 Phân tích kết thực nghiệm

Nếu việc bố trí đa vị trí gần áp dụng trực tiếp thuật tốn trung bình trọng số, thực tế để đảm bảo tính hiệu bí mật phải bố trí đài đa vị trí khác nhau, cách xa nhau, lúc cần thiết phải áp dụng bước tính tốn thuật tốn đưa báo để hợp liệu đảm bảo tính xác

Sử dụng bước liệt kê thuật tốn trung bình trọng số hợp liệu để hợp liệu khoảng cách liệu phương vị đa, để thuận tiện cho việc đánh giá xác việc hợp liệu, ta so sánh liệu hợp với liệu độ đo có độ xác cao kết hình đây:

Hình 1. Sơ đồ so sánh liệu hợp liệu độ đo

Từ hình ta thấy sai số liệu hợp thấp đáng kể so với liệu độ đo khoảng cách Để đo độ xác liệu hợp khoảng cách, ta tính tốn MSE MSE liệu hợp khoảng cách r= 5.2271, MSE liệu độ đo khoảng cách r1=r2= 10; r3 20, kết thu độ xác liệu hợp cao 47.73% so với liệu độ đo

Tương tự vậy, với liệu độ đo góc phương vị liệu hợp thể hình sau:

Hình 3. Sơ đồ so sánh độ đo liệu liệu hợp phương vị

Hình 4. Sơ đồ so sánh sai số độ đo sai số hợp phương vị

Từ hình ta thấy rằng, sai số liệu hợp thấp đáng kể so với liệu độ đo phương vị Để đo độ xác liệu hợp phương vị, ta tính tốn MSE MSE liệu hợp phương vị  = 2.7762, MSE liệu độ đo phương vị 1=2= 5; 3 10, kết thu độ xác liệu hợp cao 44.48% so với liệu độ đo phương vị

3.2 Xây dựng phần mềm mô

đa (nếu có) thực phương pháp thủ công thông qua người Việc phát hiện, ước lượng tham số tọa độ phương tiện bay (xử lý sơ cấp) thông thường trắc thủ thực phương pháp thủ công bán tự động

Hình Mơ hình tổ chức hệ thống xử lý thông tin đa theo phương thức phân bố

Hình Hệ thống đa nhiều điểm thu phát độc lập

Phần mềm mô xây dựng sở khảo sát trạm đa loại đa sử dụng thực tế

Các Module chạy máy tính độc lập theo mơ hình Client/Server gồm: +) Module tình (Server): Cho phép giáo viên tình

+) Module hiển thị hình Ra đa (Client): Một số đa P37, P18, P19,

+) Module hiển thị kết nhận từ đài đồ số (Client) Ngôn ngữ sử dụng: C/C++, C# MapXtreme

Hình ảnh số Module phần mềm:

Hình Module tình với mục tiêu, Ra đa lựa chọn P37 P18

Ra đa

Ra đa n Ra đa

Trạm XL

Đài RD

Sở huy QS

Sở huy E

Sở huy E Sở huy E

Sở huy Trạm Sở huy Trạm