Дискретная система оценивания

, 1727110 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ14 А,А вский и ИСКРЕТНАЯ СИСТЕМА ОЦЕНИВ НИЯ (57) И и авто бретение относи атике и может бь к радиотехнике использовано в(21) 47 (22) 03 (46) 15 (72) Ю В.И.И (53) 62 (56) Гр ческие Радио 56238/24(5 ц 5 6 05 В 17/00, 6 05 Е 1/О радиолокации для оптимальной линейной оценки параметров движения летательных аппаратов. Цель изобретения - повышение динамической точности системы, Дискретная система оценивания содержит первый вычитатель 1, блок 2 коррекции, сумматор 3, первый блок 4 задержки, блок 5 экстраполяции, второй 6 и третий 7 вычитатели, второй блок 8 задержки, усилитель 9, счетчик 10, двухканальный мультиплексор 11, компаратор 12; умножитель 13, сумматор 14, элементы 15 - 17 памяти коэффициентов, Цель изобретения достигается за счет введения элементов и блоков 6-17, 3 ил,Изобретение относится к радиотехнике и автоматике, в частности может использоваться в радиолокации для оптимальной линейной оценки параметров движения летательных объектов.Известны дискретные системы оценивания, предназначенные для оценивания параметров движения объектов.Недостатком систем является отсутствие возможности качественно управлять динамической точностью в переходном режиме.Известна также дискретная система оценивания, содержащая последовательно соединенные элемент сравнения, блок коррекции, сумматор, блок задержки, блок экстраполяции, блок обратной связи, Данная система имеет возможность оптимально оценивать параметры движения объектов в установившемся режиме. Недостатком данной системы является невысокая динамическая точность в переходном режиме.Наиболее близкой к предлагаемой является дискретная система оценивания, которая имеет воэможность оптимальным образом оценивать параметры движения обьектов в установившемся режиме, Она содержит последовательно соединенные элемент сравнения, блок коррекции, сумматор, блок задержки, блок экстраполяции, выход которого соединен с вторыми входами элемента сравнения и сумматора.Недостатком данной системы является низкая динамическая точность в переходном режиме.Цель изобретения - повышение динамической точности системы в переходном режиме.Поставленная цель достигается за счет введения в известную систему двух вычитателей, второго сумматора, трех элементов памяти коэффициентов, счетчика, компаратора, усилителя, умножителя, второго блока задержки и двухканального мультиплексора.На фиг, 1 изображена структурная схема системы оценивания; на фиг. 2 - структурная схема блока экстраполяции.Дискретная система оценивания (фиг. 1) содержит вычитатели 1, 6 и 7, блок 2 коррекции, сумматоры 3 и 14, блоки 4 и 8 задержки с операторами задержки г, блок 5 экстраполяции, усилитель 9, счетчик 10, двухканальный мультиплексор 11, компаратор 12, умножитель 13, элементы 15 - 17 памяти коэффициентов,В статическом состоянии система оценивания характеризуется следующими связями: содержит последовательно соединенные вычитатель 1, блок 2 коррек 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ции, сумматор 3, блок 4 задержки, блок 5 экстраполяции. Первый вход вычитателя 1 и выход сумматора 3 являются соответственно информационным входом и выходом дискретной системы оценивания. Кроме того, система оценивания содержит вычитатели 6 и 7, сумматор 14, элементы 15 - 17 памяти коэффициентов, счетчик 10, компаратор 12, усилитель 9, умножитель 13, блок 8 задержки и двухканальный мультиплексор 11, Выход вычитателя 1 через последовательно соединенные блок 8 задержки и усилитель 9 подключен к первой группе информационных входов мультиплексора 11, соединенного второй группой информационных входов с выходами элементов 15 - 17 памяти коэффициентов, адресным входом - с выходом счетчика 10 и первым входом компаратора 12. Первый выход блока 5 экстраполяции подключен к первому входу умножителя 13, соединенного вторым входом с первым выходом мультиплексора 11, а выходом - с первыми входами сумматора 14 и вычитателя 6, Второй выход блока 5 экстраполяции подключен к первому входу вычитателя 7 и второму входу вычитателя 6, соединенного выходом с вторым входом вычитателя 1. Второй выход мультиплексора 11 подключен к второму входу сумматора 14, соединенного выходом с вторым входом вычитателя 7, выход которого подключен к второму входу сумматора 3. Второй вход компаратора 12 соединен с шиной задания числа шагов, а выход - с информационным входом счетчика 10, тактовый вход которого является тактовым входом дискретной системы оценивания.При работе устройства возможны два режима работы; переходный и установившийся.В установившемся режиме устройство работает следующим образом.Входной сигнал системы Х(п), представляющий собой сумму детерминированной составляющей вх(п), центрированной случайной составляющей Х(п) и ошибок измерения 1(п) (помехи), поступает на первый вход вычитателя 1, на его второй вход подается экстраполированное значение входного сигнала Хэ(п). В установившемся режиме блоки 8-17 системы не работают, поэтому информация на первом входе вычитателя 6 и втором входе вычитателя 7 отсутствует. В этом случае экстраполированное значение входного сигнала Хэ(п), сформированное блоком 5, проходит через вычитатели 6 и 7 без изменений, На выходе вычитателя 1 имеем сигнал невязки 0(п), который поступает на блок 2 коррекции. На выходе сумматора 3 имеем сигнал оценки Х(п):, л л лХ(п) = 2 Х(п)-Х(п)+ К(п) О(п). (1) Первые два члена в правой части выражения (1) являются сигналом Хэ(п), сформированным блоком 5 экстраполяции, Блок 5 экстраполяции синтезирован на основании 5 известного метода "трех полиномов" из условия: входное воздействие на систему имеет видХ(п) = гпту(п) + Х(п) + 1(п), (2)10 где п 1 х(п) - детерминированная составляющая задающего воздействия Х(п);Х(п) - его центрированная случайная составляющая;ф) - центрированная возмущающая со ставляющая (ошибки наблюдения).Для исключения динамической ошибки . в дискретной системе при оценивании коор- . динат объекта, описываемого выражением (2), необходимо иметь порядок астатизма 20 м = 2, а следовательно из метода "трех полиномов" определим полиномы А(п) = ао(п)(1 - 2 1) и В(2,п) = Ьо(п)(1-2 " ). (3)Характеристический полином выбираем из условия устойчивости системы. С(2, и) = ао(п) - 2 Ьо(п)2 " + Ьо(п)2 ,Используя выражение для оценки метода "трех полиномов"С(2,п)-6(г, )Х(г- АОФ (5)А(г,ь)получим а,(и-аЬ,(ь)г + Ь,(иг- Ъ,(ь+2 Ь,(г- Ь,(и 2 Ща,(п)-Яа,г +а,(ьса,(ь) -Ь,Я4-о 6(6), (Ю= ц(г) 6ао-2 а.(ь)г +о.(иг-аг-ф+г-45 лФ ао П где О(п) - невязка, а -о П После преобразования (6) получим выражение для оценки в операторном виде 50 Х(2) = 2 Х(2)2 1-Х(2)2-г +где Хэ(2) = 2 Х(2)21 - Х(2)2- экстраполированное значение координаты; О(2)(1-Ьо(п = О(2)К(п) - корректировочное значение.Блок 5 экстраполяции, структурная схема которого изображена на фиг.2, содержит блоки 18 и 19 задержки с оператором задержки 2, усилители 20 и 22 с коэффициентами усиления "два" и вычитатели 21 и 23,На основании проведенного синтеза уравнения(7) построена часть блока 5, включающая в себя блок 18 задержки, усилитель 20, вычитатель 21. Эта часть блока 5 используется устройством при работе как в установившемся, так и в переходном режиме.Блоки 19, 22 и 23 используются устройством при работе только в переходном режиме.Входным сигналом для блока 5 экстраполяции является сигнал с выхода блока задержки Х(п), Сигнал с первого выхода блока 5 поступает на первый вход умножителя 13, а сигнал с второго выхода в виде Хэ(п) - на первый вход вычитателя 7 и на второй вход вычитателя 6, через которые поступает соответственно на вторые входы сумматора 3 и вычитателя 1. Сигнал Х(п) формируется в виде (1), сигнал невязки О(п) - в следующем виде: М л лО(п) = Х(п) - 2 Х(п - 1) + Х(п). (8) Прежде, чем описывать работу устройства в переходном режиме, необходимо отметить, что в замкнутых системах оценивания, использующих для сглаживания (фильтрации) и управления только одни и те же весовые коэффициенты, существует противоречие между условиями уменьшения флюктуационных ошибок (условиями фильтрации) и условиями повышения динамической точности в переходном режиме. Это противоречие может быть разрешено с помощью введения дополнительных весовых коэффициентов по каналу управления. Тогда можно добиваться высокого качества переходного процесса как по каналу управления, так и по каналу оценивания, не увеличивая при этом флюктуационные ошибки.В связи с изложенным полиномы А(2,п), В(2,п), С(2,п) представим в виде А(2, и) = (1-2.1 (1 + а 1(п)2)В(2 и) = (1 - 2 ") (Во(п) + Ь 1(п)2 "С(2, п) = 1 + а 1(п) - 2 Ьо(п 2 + Ьо(п)плексор 11 на второй вход умножителя 13, в котором умножается на сигнал Х(п) - 2 Х(п)+ Х(п - 3), сформированный блоками 18, 19 и 20 и вычитателем 23 блока 5. На выходе умножителя 1 формируется сигнал 5 а 1(1)Х(п) - 2 а 1(1)Х(п - 2) + а 1(1)Х)п - 3). В тоже время по второму каналу мультиплексора 11 поступает сигнал Ь 1(1)Щп), сформированный блоками 8 и 9, на второй вход сумматора 14, Информация с выхода умножителя 13 10 поступает на первый вход сумматора 14 и первый вход вычитателя 6. На выходе сумматора 14 имеем сигналл л ла 1(1) Х (и - 1) - 2 а 1(1)Х(п - 2) + а 1(1)Х(п - 3) + 15Ь (1)О(п - 1).В результате на выходе вычитателя 6 имеем сигнал управления (23), а на выходе вычита теля 7 сигнал21( - 1) - Х(п - 2)а 1(1)Х(п) + 2 а 1(1)Х(п)-а 1(1)Х(п - 3) - Ь 1(1)Щп - 1),который принимает участие в формировании сигнала оценки (22). В следующих двух 25 тактах формирование рассмотренных сигналов осуществляется аналогично для коэффициентов а 1(2), а 1(3), Ь 1(2), Ь 1(3). Коэффициент Ь 1(п) определяется из условий устойчивости системы и в рассматриваемом 30 случае является постоянным, т,е. Ьз(1) = Ьз(2) = Ь 1(3). При достижении счетчиком 10 числа М компаратор 12 вырабатывает сигнал, блокирующий работу счетчика 10. Работа системы в переходном режиме на этом 35 заканчивается. Количество шагов оптимизации И рассчитывается на основе принципов оптимальности Белмана, уравнения (16)- (18).С целью подтверждения эффективности 40 предлагаемой системы было проведено цифровое моделирование на ЭВМ, Для расчета коэффициентов а 1(п) принимались Х = 30 м, Т = 0,1 с. Результаты моделирования приведены на фиг. 3, где пунктиром показа ны ошибки оценки в переходном режиме для системы с а 1(п) = О, а сплошной - с использованием.а(п) Ф О, где коэффициенты а 1(п) принимали значение; 2; 0,615; 2 соответственно, Данным значениям 50 соответствуют весовые коэффициенты Г = Р= = 0,5.Анализ результатов моделирования показал, что применение блоков 8 - 17 позволяет повысить динамическую точность 55 системы в переходном режиме, Время регулирования переходного процесса уменьшилось с ср = 3,6 с до тр =2,5 с, а перерегулирование - с о=. 80 фдо 40;(. Ошибка оценки поуменьшилась с 24 м до 12 м. Видно, что для предлагаемого устройства динамическая точность в переходном режиме повысилась в два раза (при заданных условиях), что особенно важно в системах обработки информации, в частности, при выдаче целеуказанной системе оценивания при захвате цели.Формула изобретенияДискретная система оценивания, содержащая последовательно соединенные первый вычитатель, блок коррекции, первый сумматор, первый блок задержки, блок экстраполяции, первый вход первого вычитателя и выход первого сумматора являются соответственно информационными входом и выходом дискретной системы оценивания, отл ича ющая с ятем, что, с целью повышения динамической точности системы, в нее введены два вычитателя, второй сумматор, три элемента памяти коэффициентов, счетчик, компаратор, усилитель, умножитель, второй блок задержки и двухканальный мультиплексор, выход первого вычитателя через последовательно соединенные второй блок задержки и усилитель подключен к первой группе,информационных входов двухканального мультиплексора, соединенного второй группой информационных входов с выходами элементов памяти коэффициентов, адресным входом - с выходом счетчика и первым входом компаратора, первый выход блока экстраполяции подключен к первому входу умножителя, соединенного вторым входом с первым выходом двухканального мультиплексора, а выходом - с первыми входами второго сумматора и второго вычитателя, второй выход блока экстраполяции подключен к первому входу третьего вычитателя и второму входу второго вычитателя, соединенного выходом с вторым входом первого вычитателя, второй выход двухканального мультиплексора подключен к второму входу второго сумматора, соединенного выходом с вторым входом третьего вычитателя, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, второй вход компаратора соединен с шиной задания числа шагов, а выход - с информационным входом счетчика, тактовый вход которого является тактовым входом дискретной системы оценивания.. зСоставитель Ю.Пушкарев Редактор Э,Слигэн Техред М.Моргентал Корректор С,Лыж Заказ 1278 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101