устройство управления многоканальной измерительной системой

Формула изобретения

1. Устройство управления многоканальной измерительной системой, содержащее генератор тактовых импульсов, блок формирования фундаментальной матрицы, блок расчета матриц канонических групповых параметров, дешифратор задания номера варианта управления, блок вычисления критериальных функций, блок принятия решений, блок сравнения критериальных функций, причем группа информационных входов устройства подключена к входам блока формирования фундаментальной матрицы, группа информационных входов устройства подключена ко второй группе входов блока расчета матриц канонических групповых параметров, группа информационных входов устройства подключена к третьей группе входов блока расчета матриц канонических групповых параметров, группа информационных входов устройства подключена к третьей группе входов блока сравнения критериальных функций, информационный вход устройства подключен к входу дешифратора задания номера варианта управления и к второму входу блока сравнения критериальных функций, информационный вход устройства подключен к второму входу блока принятия решений, выходы блока формирования фундаментальной матрицы подключены к первой группе входов блока расчета матриц канонических групповых параметров, выходы которого подключены ко второй группе входов блока вычисления критериальных функций, выходы дешифратора задания номера варианта управления подключены к четвертой группе входов блока вычисления критериальных функций и к первой группе входа блока сравнения критериальных функций, выходы блока вычисления критериальных функций подключены ко второй группе входов блока сравнения критериальных функций, выходы блока принятия решений подключены к тактовым входам блока расчета матриц канонических групповых параметров, дешифратора задания номера варианта управления, блока вычисления критериальных функций, блока сравнения критериальных функций соответственно, отличающееся тем, что в него введены делитель частоты, счетчик импульсов, блок вычисления интервала поиска, многоканальный ключ, цифровой компаратор, триггер, блок прогнозирования, блок хранения критериальных функций, причем первым управляющим входом является вход «Пуск» генератора тактовых импульсов, который своим выходом соединен с входами счетчика импульсов и делителя частоты, выход делителя частоты подключен к первому входу блока принятия решений, выход счетчика соединен с первым информационным входом цифрового компаратора, кроме того, выход старшего разряда счетчика подключен к сбрасывающему входу триггера и тактовому входу блока вычисления интервала поиска, первый выход которого подключен к тактовым входам блока формирования фундаментальной матрицы, блока принятия решений, блока сравнения критериальных функций, второй выход блока вычисления интервала поиска одновременно соединен с четвертым входом блока расчета матриц канонических групповых параметров и со вторым входом цифрового компаратора, выход которого подключен к первому входу триггера, группа информационных входов устройства подключена к первой группе информационных входов блока вычисления интервала поиска, второй выход блока принятия решений соединен с тактовым входом блока прогнозирования, на первую и вторую группы входов которого заведены группы информационных входов устройства, выходы блока прогнозирования подключены ко входам блока хранения критериальных функций, на вторую группу входов которого заведены выходы блока вычисления критериальных функций, третья группа входов блока хранения критериальных функций подключена к выходам блока сравнения критериальных функций, четвертая группа входов блока хранения критериальных функций подключена к выходам дешифратора задания варианта управления, тактовый вход блока хранения критериальных функций подключен к третьему выходу блока принятия решений, к управляющим входам блока хранения критериальных функций подключена группа управляющих входов устройства, выходы блока хранения критериальных функций заведены на третью группу входов блока вычисления критериальных функций, выходами устройства являются инверсный выход триггера и выходы многоканального ключа, входами соединенного с выходами блока сравнения критериальных функций, управляющий вход многоканального ключа заведен на прямой выход триггера.

2. Устройство по п.1, в котором блок расчета матриц канонических групповых параметров содержит первую группу узлов транспонирования матриц, входы которых подключены к входам блока соответственно, тактовые входы узлов транспонирования матриц первой и второй групп подключены к тактовому входу блока, вторая группа входов блока заведена на входы узлов транспонирования матриц второй группы, выходы которых подключены ко вторым входам элементов перемножения первой группы, к первым входам которых подключены выходы узлов транспонирования матриц первой группы, выходы элементов перемножения первой группы подключены к первым входам элементов перемножения второй группы, ко вторым входам которых подключена третья группа входов блока расчета матриц канонических групповых параметров, выходы элементов перемножения второй группы подключены к первым входам элементов перемножения третьей группы, ко вторым входам этих элементов подключена вторая группа входов блока расчета матриц канонических групповых параметров, выходы элементов перемножения третьей группы подключены к первым входам элементов перемножения четвертой группы, ко вторым входам которых подключена первая группа входов блока расчета матриц канонических групповых параметров, отличающееся тем, что в блок введены элементы суммирования с запоминанием, первыми входами подключенные к выходам элементов перемножения четвертой группы, на вторые входы элементов суммирования заведен четвертый информационный вход блока, выходы элементов суммирования подключены к выходам блока расчета матриц канонических групповых параметров.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок прогнозирования содержит группы элементов перемножения первой и второй групп, элементы транспонирования, при этом входы элементов перемножения первой группы подключены к первой группе входов блока, на вторые входы элементов перемножения первой группы заведена вторая группа входов блока прогнозирования, выходы элементов перемножения первой группы заведены на входы элементов перемножения второй группы, вторые входы которых подключены к выходам элементов транспонирования, входы которых подключены к первой группе входов блока, выходы элементов перемножения второй группы подключены к выходам блока прогнозирования, тактовый вход блока прогнозирования подключен к тактовым входам элементов перемножения первой группы.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок хранения критериальных функций содержит оперативные запоминающие элементы первой и второй групп, узлы обращения матриц, группу элементов ИЛИ, группу узлов коммутации, при этом выходы оперативных запоминающих элементов первой группы подключены к входам узлов коммутации, ко вторым входам которых подключена первая группа входов, а к управляющим входам - группа управляющих входов блока, которые также подключены к первым входам элементов ИЛИ, выходы узлов коммутации подключены ко входам узлов обращения матриц соответственно, выходы которых подключены ко входам оперативных запоминающих элементов второй группы, выходы оперативных запоминающих элементов второй группы подключены к выходам блока хранения критериальных функций, первые входы оперативных запоминающих элементов первой группы подключены ко второй группе входов блока, входы разрешения записи оперативных запоминающих элементов первой группы подключены к четвертой группе входов блока соответственно, входы разрешения записи оперативных запоминающих элементов второй группы подключены к выходам соответствующих элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к третьей группе входов блока, тактовый вход блока подключен к тактовым входам оперативных запоминающих элементов первой группы.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок вычисления критериальных функций содержит элементы перемножения первой, второй и третьей групп, группу элементов суммирования, узлы обращения матриц, группу узлов транспонирования матриц, при этом выходы элементов перемножения первой группы подключены к первым входам элементов суммирования, своими выходами подключенных к входам узлов обращения матриц, выходы узлов обращения матриц подключены к первым входам элементов перемножения второй группы, выходы элементов перемножения второй группы заведены на входы элементов перемножения третьей группы, выходы которых подключены к выходам блока вычисления критериальных функций, вторые входы элементов перемножения второй группы подключены к первой группе входов блока, которая подключена также к входам узлов транспонирования матриц, выходы которых подключены ко вторым входам элементов перемножения третьей группы, первые входы элементов перемножения первой группы подключены к первой группе входов блока, вторые входы этих элементов перемножения подключены к второй группе входов блока, вторые входы элементов суммирования подключены к третьей группе входов блока, тактовый вход блока подключен к тактовым входам элементов перемножения первой группы.

Описание изобретения к патенту

Объектом изобретения является устройство управления многоканальной измерительной системой (МКИС). Предлагаемое устройство относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано в системах радиолокации.

Известно устройство для вычисления и корректировки плановой информации по радиолокационным данным движущегося объекта [1]. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности выбора из нескольких объектов наблюдения (ОН), находящихся в зоне видимости МКИС, того, обращение к которому будет оптимальным в данный момент времени.

В качестве прототипа, как наиболее близкое по техническому решению, выбрано устройство управления многоканальной измерительной системой [2], содержащее генератор тактовых импульсов, блок формирования фундаментальной матрицы, блок расчета матриц канонических групповых параметров, дешифратор задания номера варианта управления, блок вычисления критериальных функций, блок принятия решений, блок сравнения критериальных функций. Недостатком данного устройства является ограниченность его функциональных возможностей, заключающихся в отсутствии возможности планирования и учета, при решении задачи оптимизации наблюдений, времени, необходимого на поиск объектов. Решение данной задачи является актуальным, поскольку на практике часто встречаются ситуации, когда количество объектов наблюдения заранее не определено, а порядок их следования удовлетворяет закономерностям случайного потока, как правило, пуассоновского. Такие условия характерны, например, для большинства современных радиолокационных систем контроля воздушного и космического пространства, работа которых обязательно предполагает сочетание как задач сопровождения уже взятых на контроль ОН, так и задач поиска и обнаружения вновь появляющихся ОН.

Введение соответствующих блоков и связей позволяет определить оптимальный, согласно выбранному критерию, закон управления однопозиционной многоканальной измерительной системой (МКИС) с временным разделением каналов, когда модель следования ОН не является детерминированной, а удовлетворяет закономерностям случайного потока.

Теоретическое обоснование решения задачи локально-оптимального управления наблюдениями за ОН, последовательность появления которых отвечает закономерностям случайного потока, приведено в [3].

Задача решается, когда динамика ОН описывается векторным дифференциальным уравнением

,

где z_i, _i Rⁿ; _i - вектор параметров влияния [3]; A_i - непрерывная матричная функция; B_i, F_i - непрерывные векторные функции; z_i0 - случайный гауссовский вектор, у которого ;

- случайный момент появления i-го ЛО; T_i - время прекращения сопровождения i-го ОН; [0, T] - интервал наблюдения.

Поток событий, связанных с появлением ОН в моменты времени , порождает целочисленный дискретный случайный процесс 6(t) с интенсивностью µ.

Разобьем интервал наблюдения на J подинтервалов оптимизации длительностью h=T/J

где t_j=jh.

Определим для (3) уравнение наблюдения

где u=s s, _sj=1; ; _j-1= (t_j-1) - количество ОН, появившихся и взятых на сопровождение на [0,t_j-1]; H_u R^m×n; n_u(t) - векторный гауссовский процесс, у которого

- невырожденная диагональная матрица; _uj - управляющие функции.

_j - определяет время поиска на интервале [t _j-1i, t_j] последующего ОН, причем , где - момент начала поиска ОН на _j; 0 y_j h, y_j+ _j h.

Определим локальный критерий оптимальности для _j

где - прогнозируемая при t=t_j на момент окончания сопровождения корреляционная матрица ошибок оценивания параметров траектории u-го ОН;

- след корреляционной матрицы ; _u - коэффициенты, определяющие значимость каждого ОН.

Процесс поиска и обнаружения очередного объекта из потока, при использовании критерия Неймана-Пирсона, характеризуется следующими вероятностными характеристиками:

- - заданное значение вероятности пропуска сигнала для ( _j-1+1)-го ЛО, подлежащего обнаружению на _j;

- - условная вероятности ложной тревоги.

Для пуассоновской модели потока уравнение взаимосвязи параметров _j и y_j имеет вид

где D_a - дисперсия амплитуды сигнала, ₀ отношение сигнал-шум в канале наблюдения.

Уравнение эволюции корреляционной матрицы ошибок оценивания для u-го ОН с учетом (1) имеет вид

u=s s, .

Введем в рассмотрение фундаментальную матрицу системы (1) U_u (t), для которой

где I R^m×n - единичная матрица.

Определение прогнозируемой, для t=t_j на момент окончания сопровождения T_u, матрицы проведем исходя из инвариантно-групповых свойств модели (7) [3]. В результате получим

где - прогнозируемая, для t=t_j-1 на момент T _u, корреляционная матрица ошибок оценивания параметров траектории u-го ОН ;

- матрица канонических групповых параметров [3]; значение _j определяется из (6) при y_j=0.

Отметим, что при _uj=0

Соотношение (9) позволяет установить взаимосвязь между прогнозируемыми значениями корреляционных матриц на (j-1)-м и j-м шагах для всех ОН, находящихся на сопровождении на _j. Это дает возможность сформировать множество значений целевой функции в (5) в зависимости от значений управляющих функций _uj, используя теорему о обращении матриц, (9) можно представить в виде

Таким образом, процедура синтеза локально-оптимального закона управления наблюдениями для многоканальной измерительной системы с временным разделением каналов может быть представлена следующим образом:

1. В соответствии с уравнением (6) при y_j=0 определяют значение длительности интервала времени, в течение которого должны осуществляться поиск и обнаружение последующего ОН;

2. В соответствии с (10) для каждого из сопровождаемых объектов определяют матрицу групповых параметров _uj,u=s s, _sj=1, , при этом предполагают, что расчет фундаментальной матрицы (8) для каждого u-го ОН проводится на сразу же после его обнаружения;

3. В соответствии с (12) определяют множество прогнозируемых ковариационных матриц ошибок фильтрации.

4. На основании (5) формируют множество возможных значений целевой функции

5. Из (13) определяют оптимальную на _j управляющую функцию

где .

При переходе к _j+1 в качестве исходных используются корреляционные матрицы, формируемые при u=u* в соответствии с (9), при прочих значениях u - в соответствии с (11).

Устройство управления МКИС содержит (фиг.1) генератор тактовых импульсов 1, счетчик импульсов 2, блок вычисления интервала поиска 3, блок формирования фундаментальной матрицы 4, блок расчета матриц канонических групповых параметров 5, блок прогнозирования 6, блок хранения критериальных функций 9, дешифратор задания номера варианта управления 10, блок вычисления критериальных функций 8, блок принятия решений 11, делитель частоты 7, блок сравнения критериальных функций 12, многоканальный ключ 13, цифровой компаратор 14, триггер 15.

Первым управляющим входом является вход Пуск генератора 1, который своим выходом 28 соединен с входами счетчика 2 и делителя частоты 7, выход 30 счетчика 2 соединен с первым информационным входом цифрового компаратора 14, кроме того, выход 29 старшего разряда счетчика подключен к сбрасывающему входу триггера 15 и тактовому входу блока вычисления интервала поиска 3, первый выход 31 которого подключен к тактовым входам блока формирования фундаментальной матрицы 4, блока принятия решений 11, блока сравнения критериальных функций 12, второй выход 32 блока вычисления интервала поиска соединен с четвертым входом блока расчета матриц канонических групповых параметров 5 и со вторым входом цифрового компаратора 14, выход которого подключен к первому входу триггера 15. Первая группа информационных входов устройства 16 подключена к информационному входу блока вычисления интервала поиска 3, вторая группа информационных входов устройства 17₁ 17 подключена к входам блока формирования фундаментальной матрицы 4, третья группа информационных входов устройства 18 ₁ 18 подключена ко второй группе входов блока расчета матриц канонических групповых параметров, четвертая группа информационных входов устройства 19₁ 19 подключена к третьей группе входов блока расчета матриц канонических групповых параметров 5, пятая группа информационных входов устройства 21₁ 21 подключена ко второй группе входов блока прогнозирования 6, шестая группа информационных входов устройства 22₁ 22 подключена к первой группе входов блока прогнозирования 6 и к первой группе входов блока вычисления критериальных функций 8 одновременно, седьмая группа информационных входов устройства 24₁ 24 подключена к третьей группе входов блока сравнения критериальных функций 12, информационный вход 23 устройства подключен к входу дешифратора задания номера варианта управления 10 и ко второму входу блока сравнения критериальных функций 12, информационный вход 25 устройства подключен ко второму входу блока принятия решений 11, управляющие входы 20₁ 20 подключены к управляющим входам блока хранения критериальных функций 9. Выходы 44₁ 44 блока сравнения критериальных функций 12 подключены к информационным выходам многоканального ключа 13 и к третьей группе входов блока хранения критериальных функций 9, выходы 33₁ 33 блока формирования фундаментальной матрицы 4 подключены к первой группе входов блока расчета матриц канонических групповых параметров 5, выходы 34₁ 34 блока расчета матриц канонических групповых параметров 5 подключены ко второй группе входов блока вычисления критериальных функций 8, выходы 35₁ 35 блока прогнозирования 6 подключены к первой группе входов блока хранения критериальных функций 9. Выходы 38 ₁ 38 блока хранения критериальных функций 9 подключены к третьей группе входов блока вычисления критериальных функций 8. Выходы 39₁ 39 дешифратора задания номера варианта управления 10 подключены к четвертой группе входов блока вычисления критериальных функций 8, к первой группе входа блока сравнения критериальных функций 12 и к четвертой группе входов блока хранения критериальных функций 9 одновременно, выходы 37₁ 37 блока вычисления критериальных функций подключены ко второй группе входов блока сравнения критериальных функций 12 и ко второй группе входов блока хранения критериальных функций 9, выход 36 делителя частоты 7 подключен к первому входу блока принятия решений 11, первый выход 40 блока принятия решений подключен к тактовому входу блока расчета матриц канонических групповых параметров 5, второй выход 41 подключен к тактовому входу блока прогнозирования 6, третий выход 42 блока принятия решений 11 подключен к тактовым входам дешифратора задания номера варианта управления 10, блока хранения критериальных функций 9 и блока вычисления критериальных функций 8, четвертый выход 43 блока принятия решений подключен к тактовому входу блока сравнения критериальных функций 12. Прямой выход 46 триггера 15 заведен на управляющий вход многоканального ключа 13. Выходами устройства являются группа выходов 26₁ 26 многоканального ключа и инверсный выход 27 триггера 15.

Блок формирования фундаментальной матрицы содержит (фиг.2) постоянный запоминающий элемент 47, на тактовый вход которого поступает сигнал с тактового входа 31 блока, выход постоянного запоминающего элемента 47 подключен к первым входам узлов численного решения дифференциальных уравнений 48₁ 48 , ко вторым входам которых подключены входы 17 ₁ 17 блока формирования фундаментальной матрицы соответственно. Выходы узлов численного решения дифференциальных уравнений подключены к выходам блока формирования фундаментальной матрицы.

Блок расчета матриц канонических групповых параметров содержит (фиг.3) первую и вторую группы узлов транспонирования матриц 49₁ 49 , 50₁ 50 соответственно, элементы перемножения 51₁ 51 , 52₁ 52 , 53₁ 53 , 54₁ 54 первой, второй, третьей и четвертой групп соответственно, при этом входы узлов транспонирования матриц первой группы 49 ₁ 49 подключены к входам 33₁ 33 блока соответственно, на тактовые входы узлов транспонирования матриц первой 49₁ 49 и второй 50₁ 50 групп поступает сигнал с тактового входа 40 блока. Вторая группа входов 18₁ 18 блока заведена на входы узлов транспонирования матриц второй группы 50₁ 50 , выходы которых подключены ко вторым входам элементов перемножения первой группы 51₁ 51 , к первым входам которых подключены выходы узлов транспонирования матриц первой группы. Выходы элементов перемножения первой группы подключены к первым входам элементов перемножения второй группы 52₁ 52 , к вторым входам которых подключена третья группа входов 19₁ 19 блока расчета матриц канонических групповых параметров. Выходы элементов перемножения второй группы 52₁ 52 подключены к первым входам элементов перемножения третьей группы 53₁ 53 , к вторым входам этих элементов подключена вторая группа входов 18₁ 18 блока расчета матриц канонических групповых параметров. Выходы элементов перемножения третьей группы подключены к первым входам элементов перемножения четвертой группы 54₁ 54 , ко вторым входам которых подключена первая группа входов 33₁ 33 блока расчета матриц канонических групповых параметров соответственно. Выходы элементов перемножения четвертой группы подключены к входам элементов суммирования с запоминанием 55 ₁ 55 , на вторые входы которых заведен вход 32 блока. Выходы элементов суммирования подключены к выходам 34₁ 34 блока расчета матриц канонических групповых параметров.

Блок прогнозирования 6 содержит (фиг.4) элементы перемножения первой 56₁ 56 и второй 58₁ 58 групп, элементы транспонирования 57₁ 57 , при этом входы элементов перемножения первой группы подключены к входам 22₁ 22 устройства, на вторые входы элементов перемножения первой группы 56₁ 56 заведена группа входов 22₁ 22 блока прогнозирования соответственно, выходы элементов перемножения 56₁ 56 заведены на входы элементов перемножения второй группы 58₁ 58 , вторые входы которых подключены к выходам элементов транспонирования 57₁ 57 . Входы элементов транспонирования подключены к входам 22₁ 22 блока. Выходы элементов перемножения второй группы 58₁ 58 подключены к выходам 35₁ 35 блока прогнозирования 6. Тактовый вход 41 блока прогнозирования подключен к тактовым входам элементов перемножения первой группы 56₁ 56 .

Блок вычисления критериальных функций содержит (фиг.5) первую группу элементов перемножения 59 ₁ 59 , выходы которых подключены к первым входам элементов суммирования 60₁ 60 , своими выходами подключенных к входам узлов обращения матриц 61₁ 61 . Выходы узлов обращения матриц подключены к первым входам элементов перемножения второй группы 62₁ 62 . Выходы элементов перемножения второй группы заведены на входы элементов перемножения третьей группы 64₁ 64 , выходы которых подключены к выходам 37₁ 37 блока вычисления критериальных функций. Вторые входы элементов перемножения 62₁ 62 подключены к первой группе входов 22₁ 22 блока, которая подключена также к входам узлов транспонирования матриц 63₁ 63 , выходы которых подключены ко вторым входам элементов перемножения третьей группы 64₁ 64 . Первые входы элементов перемножения 59₁ 59 подключены к четвертой группе входов блока, вторые входы этих элементов перемножения подключены к второй группе входов 34₁ 34 блока. Вторые входы элементов суммирования 60 ₁ 60 подключены к третьей группе входов 38₁ 38 блока. Тактовый вход 42 блока подключен к тактовым входам элементов перемножения первой группы.

Блок хранения критериальных функций 9 содержит (фиг.6) оперативные запоминающие элементы первой группы 67₁ 67 , выходы которых подключены к входам узлов коммутации 68₁ 68 , ко вторым входам которых подключена первая группа входов 35₁ 35 , а к управляющим входам - группа управляющих входов 20₁ 20 блока, которые также подключены к первым входам элементов ИЛИ 66₁ 66 соответственно.

Выходы узлов коммутации 68₁ 68 подключены к входам узлов обращения матриц 69 ₁ 69 соответственно, выходы которых подключены к входам оперативных запоминающих элементов второй группы 70₁ 70 . Выходы элементов 70₁ 70 подключены к выходам 38₁ 38 блока хранения критериальных функций. Первые входы элементов 67₁ 67 подключены ко второй группе входов 37₁ 37 блока, входы разрешения записи элементов 67 ₁ 67 подключены к входам 39₁ 39 блока соответственно, входы разрешения записи элементов 70₁ 70 подключены к выходам элементов ИЛИ 66₁ 66 блока хранения критериальных функций соответственно, вторые входы которых подключены к входам 44₁ 44 блока. Тактовый вход 42 блока подключен к тактовым входам оперативных запоминающих элементов первой группы 67 ₁ 67 .

Блок сравнения критериальных функций 12 содержит (фиг.7) узлы формирования следа матрицы 75₁ 75 , выходы которых подключены ко вторым входам элементов перемножения 76₁ 76 , к первым входам которых подключена третья группа входов 24₁ 24 блока, а к тактовым входам - тактовый вход 43 блока. Выходы элементов перемножения 76₁ 76 подключены к входам многовходового сумматора 77, выход которого подключен к входам оперативных запоминающих элементов 78₁ 78 , выходы которых заведены на входы узла сравнения 80, выходы которого подключены к выходам 44₁ 44 блока сравнения критериальных функций. На тактовый вход узла сравнения 80 заведен выход программируемой линии задержки 79, вход кода задержки которой подключен к входу 23 блока, вход сигнала программируемой линии задержки подключен к входу 31 блока сравнения критериальных функций. Группа входов 37₁ 37 блока сравнения критериальных функций подключена к входам узлов формирования следа матрицы 75₁ 75 , группа входов 39₁ 39 блока сравнения критериальных функций подключена к тактовым входам оперативных запоминающих элементов 78₁ 78 .

Блок принятия решений 11 содержит (фиг.8) элемент И 71, к первому входу которого подключен первый вход 36 блока принятия решений. Второй вход элемента И 71 подключен к выходу счетчика 72. Выход элемента И 71 подключен ко второму входу элемента ИЛИ 73, к первому входу которого подключен вход 31, являющийся тактовым входом блока принятия решений. Выход элемента ИЛИ 73 подключен к входу сдвигового регистра 74, первый выход которого заведен на счетный вход счетчика 72, на информационный вход которого поступает сигнал с входа 25 блока принятия решений 11. Второй, третий, четвертый и пятый выходы сдвигового регистра подключены к первому 40, второму 41, третьему 42 и четвертому 43 выходам блока принятия решений.

Описание работы устройства проводится для _j=[t_j-1,t_j] интервала оптимизации, для которого на сопровождении МКИС находится _j-1 объект, и проводится поиск _j объекта из потока.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии во всех регистрах оперативных запоминающих элементов записаны 0, в постоянном запоминающем элементе 47 - значение единичной матрицы I, счетчик импульсов 2 заполнен, в счетчике 72 - 0, регистр сдвига 74 обнулен, на входе кода задержки программируемой линии задержки 79 - код нуля, многоканальный ключ 13 закрыт. Работа устройства поясняется временными диаграммами (фиг.9)

Сигнал «Пуск» поступает на вход запуска генератора тактовых импульсов 1, по этому импульсу генератор начинает формировать импульсы заданной частоты, которые через выход 28 поступают на вход счетчика импульсов 2 и вход делителя частоты 7. С первым пришедшим импульсом счетчик 2 переполняется и через выход 29 импульс переполнения поступает на вход блока вычисления интервала поиска 3 и запускает его (фиг.9, момент времени t₀ =t_j-1). Блок вычисления интервала поиска, по исходным данным, поступившим с входа 16, согласно выражению (6) формирует код, соответствующий длительности интервала времени _j необходимого на проведение поиска очередного ОН из потока. Кроме того, импульс переполнения счетчика 2 поступает на сбрасывающий вход триггера 15 и на его инверсном выходе 27, являющимся выходом устройства, возникает уровень логической единицы, что соответствует команде МКИС на поиск очередного объекта из потока.

С каждым импульсом на входе 28 счетчика 2 на его выходе 30 формируется код, поступающий на вход цифрового компаратора 14, на второй вход 32 которого с блока вычисления интервала поиска поступает код, соответствующий длительности интервала времени, необходимого на проведение поиска очередного ОН.

Одновременно с формированием кода на выходе 32 блока вычисления интервала поиска (фиг.9, момент времени t ₁), через выход 31 на тактовых входах блока формирования фундаментальной матрицы 4, блока принятия решений 11 и блока сравнения критериальных функций 12 появляется запускающий импульс. По этому импульсу в блоке формирования фундаментальной матрицы происходит считывание информации с постоянного запоминающего элемента 47, которая поступает на входы блоков численного решения дифференциальных уравнений, на вторые входы которых поступают значения матриц A_u( _u,t), u [1, _j-1], для каждого из ОН соответственно. Результаты вычислений поступают на входы 33 блока расчета матриц канонических групповых параметров 5. По пусковому импульсу с входа 31 приводится в рабочее состояние программируемая линия задержки 79, на вход 23 кода задержки которой поступает информация, соответствующая числу _j-1 сопровождаемых измерительной системой ОН, этот же код поступает на вход дешифратора задания номера варианта управления 10. По запускающему импульсу на выходе элемента ИЛИ 73 появляется единичный сигнал, поступающий на вход регистра сдвига 74, в результате чего на выходах регистра сдвига устанавливается код 10000, сигнал логической единицы с первого выхода сдвигового регистра поступает на счетный вход -разрядного счетчика 72 (разрядность счетчика выбирается исходя из теоретического максимально возможного количества ОН в зоне видимости МКИС), в который одновременно с импульсом запуска записывается код числа -[ _j-1-1). Единичный сигнал с выхода счетчика 72 поступает на вход элемента И 71, на первый вход которого поступают импульсы с делителя частоты 7, которые, через элемент ИЛИ 73, начинают проходить на вход сдвигового регистра 74, выставляя на его выходах последовательно 01000, 00100, 00010, 00001. Коэффициент деления частоты тактовых импульсов выбран так, чтобы блоки 5, 6, 8, 9, 12 успевали закончить требуемые действия.

По импульсу, приходящему с первого 40 выхода блока принятия решений, происходят преобразования в узлах транспонирования 49₁ 49 первой группы и в узлах транспонирования второй группы 50₁ 50 , на входы узлов транспонирования матриц первой группы поступают элементы фундаментальных матриц U_u(t), u [1, _j-1], на входы узлов транспонирования матриц второй группы поступают элементы матриц H_u(t) с информационных входов устройства 33₁ 33 , 18₁ 18 соответственно.

Элементы транспонированных матриц и перемножаются затем в элементах перемножения 51₁ 51 от 1-го до _j-1-го включительно, для каждого из ОН соответственно. Полученные результаты поступают на первый вход элементов перемножения 52₁ 52 блока 5 соответственно, на вторые входы которых поступают элементы матриц , для каждого из ОН соответственно, с информационных входов 19₁ 19 третьей группы устройства. Результаты соответствующих произведений поступают на входы элементов перемножения 53 ₁ 53 , где перемножаются с элементами матриц H_u (t). Полученные произведения с выходов элементов 53₁ 53 поступают на первые входы элементов перемножения 54₁ 54 , где перемножаются с элементами матриц U_u (t) соответственно. Полученные значения матриц канонических групповых параметров _uj поступают на входы элементов суммирования с запоминанием 55₁ 55 на вторые входы которых поступает код, соответствующий времени, выделяемому на поиск очередного ОН. Суммирование в 55 ₁ 55 соответствует интегрированию конечно-разностным методом с заданным шагом в пределах от t_j-1+ _j до t_j. Результаты суммирования поступают на выходы 34₁ 34 блока расчета матриц канонических групповых параметров. По импульсу с выхода 41 блока принятия решений 11, поступающему в блок прогнозирования 6, происходит перемножение элементов матриц U_u(T_u) с элементами матриц K_u0 , поступающих с информационных входов 22₁ 22 и 21₁ 21 соответственно в группу элементов перемножения 56 ₁ 56 . Результаты соответствующих произведений поступают на входы блоков перемножения 58₁ 58 , на вторые входы которых подаются элементы матриц после преобразований в узлах транспонирования 57₁ 57 . Матрицы поступают с выхода блоков 58₁ 58 на выходы 35₁ 35 блока прогнозирования. По импульсу, приходящему с третьего выхода 42 блока принятия решений 11, происходит переход в рабочее состояние дешифратора задания номера варианта управления 10, оперативных запоминающих элементов 67₁ 67 и элементов перемножения 59₁ 59 . При поступлении сигналов на тактовый вход дешифратора 9, работающего по заданному алгоритму, он последовательно, по мере прихода тактовых импульсов с второго выхода блока принятия решений, выставляет на своих выходах 39₁ 39 потенциал логической 1, начиная с первого выхода и заканчивая

_j-1-м. При появлении единичного потенциала на соответствующем выходе дешифратора на остальных выходах выставляется 0. Информация с выходов 39₁ 39 дешифратора поступает на первые входы элементов перемножения первой группы 59₁ 59 блока вычисления критериальных функций, в которых перемножается с элементами матриц канонических групповых параметров _uj, поступающих с входов 34₁ 34 блока. Результаты перемножения поступают на элементы суммирования 60₁ 60 блока вычисления критериальных функций соответственно, где складываются с элементами ковариационных матриц для каждого из объектов. Информация с элементов суммирования 60₁ 60 поступает на узлы обращения матриц 61₁ 61 , затем перемножаются в элементах перемножения второй группы 62₁ 62 с элементами матриц и в элементах перемножения третьей группы 64₁ 64 - с элементами матриц . Полученные значения ковариационных матриц ошибок оценивания , вычисленные для каждого ОН, соответствующие текущему моменту времени при некотором варианте управления, выставленном дешифратором 10 при переборе вариантов, поступают на вторую группу входов 37₁ 37 блока сравнения критериальных функций и на вторую группу входов блока хранения критериальных функций 9. По импульсам на входах 39₁ 39 блока хранения критериальных функций происходит поочередное разрешение записи значений матриц в оперативные запоминающие элементы первой группы 67 ₁ 67 блока хранения критериальных функций 9 для их последующего использования для вычислений на следующем интервале оптимизации. В начале интервала оптимизации _j, при условии обнаружения на интервале _j-1 очередного _j-1 ОН, на соответствующем управляющем входе 20₁ 20 появляется высокий логический уровень и с входа 35₁ 35 через узлы коммутации 68₁ 68 на узлы обращения матриц 69₁ 69 поступают элементы матриц и, после соответствующих преобразований, записываются в оперативные запоминающие элементы второй группы 70₁ 70 . Сигналом разрешения записи является сигнал с входа 20₁ 20 блока, прошедший через элемент ИЛИ 66.

По выходному импульсу с четвертого выхода 43 блока принятия решений происходит перемножение в элементах перемножения 76₁ 76 между следами матриц , полученными в результате преобразований в узлах формирования следа матрицы 75₁ 75 , и весовыми коэффициентами _u, вычисленными предварительно для каждого объекта и поступающими с информационных входов 24₁ 24 , результаты произведений поступают на многовходовой сумматор 77, их сумма с выхода многовходового сумматора 77 записывается на тот оперативный запоминающий элемент, из группы оперативных запоминающих элементов 78₁ 78 , на тактовый вход которого дешифратор задания номера варианта управления выставил в этом цикле вычислений логическую 1. Таким образом в u-том оперативном запоминающем элементе окажется записанной скалярная функция при условии обращения МКИС к u-тому ОН. После занесения информации в первый оперативный запоминающий элемент 78 новый импульс с первого выхода регистра сдвига записывается в счетчик 72, увеличивая его содержимое на 1.

Новый импульс с первого выхода блока принятия решений повторяет цикл вычислений в блоке 5, по импульсу со второго выхода блока принятия решений происходят преобразования в блоке 6. Следующий импульс с третьего 42 выхода блока 11 переводит дешифратор задания номера варианта управления в положение, соответствующее оптимальному наблюдению второго из _j-1 сопровождаемых объектов, то есть логическая 1 появляется на втором из 39₁ 39 выходе дешифратора 10, после чего цикл вычислений в блоках 8, 9, 11 повторяется.

По импульсу с четвертого выхода 43 блока принятия решений срабатывают элементы блока 12, скалярная функция _j записывается во второй оперативный запоминающий блок. После этого цикл вычислений повторяется для третьего, четвертого , _j-1 объектов наблюдения, затем счетчик 72 переполняется и обнуляется, перекрывая тем самым доступ импульсам с делителя частоты 7 через элемент И 71 на регистр сдвига и формируя сигнал на одном из выходов 44₁ 44 блока сравнения (фиг.9, момент времени t₂ ), соответствующем тому объекту, наблюдение которого в исследуемый момент времени будет оптимальным по заданному критерию. Одновременно этот сигнал поступает на соответствующий элемент ИЛИ 66 блока хранения критериальных функций, тем самым разрешая запись в оперативные запоминающие элементы второй группы 70₁ 70 элементов матриц , хранящихся в элементах 67₁ 67 для того объекта, наблюдение за которым на _j будет оптимальным. В оперативные запоминающие элементы 70₁ 70 , соответствующие остальным объектам, запись запрещена, и в них хранятся элементы матриц , что соответствует (11).

В момент времени, когда код, поступающий на вход 30 цифрового компаратора, будет равен коду на входе 32, соответствующему интервалу времени, отводимому на поиск очередного ОН из потока, на выходе 45 компаратора возникает уровень логической единицы (фиг.9, момент времени t₃ ), соответственно на выходе 46 триггера 15 устанавливается высокий логический уровень, открывающий многоканальный ключ 13, и на одном из выходов 26₁ 26 устройства появляется логическая 1, соответствующая команде на наблюдение за тем ОН, наблюдение за которым на данном интервале оптимизации будет оптимальным согласно выбранного критерия оптимальности. Наблюдение за указанным ОН будет продолжаться до тех пор, пока очередной импульс переполнения счетчика импульсов 2, соответствующий окончанию интервала оптимизации, не поступит на вход 29 триггера 15, тем самым сбрасывая его и, соответственно, закрывая многоканальный ключ 13 (фиг.9, момент времени t ₄=t_j). Таким образом, устройство управления наблюдениями МКИС осуществляет определение оптимального закона управления наблюдениями для однопозиционных МКИС в случае, когда модель следования ОН удовлетворяет закономерностям пуассоновского потока, для локального интервала оптимизации это соответствует задаче синтеза управления измерительными процессами при совместном обнаружении и фильтрации.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 1488845.

2. Патент РФ RU 2084955.

3. Хуторцев В.В., Свиженко А.А Локальная оптимизация наблюдений за случайными потоками объектов в многоканальных измерительных системах. - Информационно-измерительные и управляющие системы, 2008 г., № 12, с.61-65.