Методи обробки динамічних сцен при впливі нестаціонарних завад у радіотехнічних системах супроводження надводних протяжних об'єктів (стр. 2 из 5)

4. Запропоновано нові методи виявлення просторово-протяжних об'єктів на основі нейромережних технологій, які забезпечують збереження характерних ознак радіолокаційного портрету ППО в умовах високої імовірності появи імпульсних завад.

5. Розроблено та запропоновано нові методи селекції рухомих просторово-протяжних об'єктів на основі адаптивної сегментації динамічних сцен з використанням нейромережної технології, які істотно підвищили характеристики виділення ППО.

Практичне значення отриманих результатів. Запропоновані методи й алгоритми селекції протяжних об'єктів з урахуванням міжперіодної обробки радіолокаційних сигналів, розсіяних просторово-протяжними об'єктами, що дозволяють ефективно вирішувати задачі виявлення і селекції рухомих об'єктів складної форми. Розроблені алгоритми селекції рухомих об’єктів дозволили автоматизувати обробку інформації імпульсної радіолокаційної станції, підвищити ефективність і надійність прийнятих рішень. Відмінністю отриманих алгоритмів від існуючих є висока швидкодія і завадостійкість. Результати досліджень впроваджені в автоматизовану інформаційно-обчислювального систему (АІОС) навігаційного комплексу “Лиман” ДП “Дельта-лоцман” (м. Миколаїв), що дозволило комплексно підвищити якісні показники БРЛС, безпеку й ефективність руху великотоннажних суден по вузьких фарватерах Дніпро-Бузького лиману в складних метеоумовах.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є результатом самостійної праці автора. В роботах, виконаних і опублікованих у співавторстві особистий внесок автора полягає в наступному: в статті [1] розроблено та проаналізовано алгоритм оцінювання радіолокаційного центру протяжного об'єкта; в статті [2] розроблено метод селекції рухомих об'єктів на основі методу моментів; в роботі [3] розроблено метод виявлення ППО для тих випадків, коли корисні сигнали є випадковими процесами; в роботі [4] розв’язано оптимізаційну задачу оцінки комплексного коефіцієнта розсіювання; в роботах [8-11] розроблені методи виявлення та селекції просторово-протяжних об'єктів та проаналізовані відповідні алгоритми.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи були подані й обговорені на Міжнародній науково-практичній конференції “Інформаційні технології управління екологічною безпекою, ресурсами та заходами у надзвичайних ситуаціях (сел. Рибаче, 2002 р.), семінарах кафедри “Проектування радіоелектронних систем літальних апаратів ” Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”.

Публікації. Основні результати дисертації відображені в 11 роботах: 5 статтях у наукових спеціалізованих журналах і науково-технічних збірниках, що входять до переліку ВАК України, у тезах 2 доповідей на науково-технічної конференції і 4 звітах з НДР.

Структура й обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається з вступу, п’яти розділів, висновків, додатків та списку використаних джерел. Загальний обсяг дисертації становить 197 сторінки, у тому числі: 26 рисунків на 10 окремих сторінках, 7 таблиць на 4 окремих сторінках, 2 додатків на 28 сторінках і список використаних джерел з 123 найменувань на 11 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ дисертаційної роботи містить такі положення: актуальність задач обробки радіолокаційних сигналів та динамічних сцен з урахуванням впливу завад, як просторово-часових нестаціонарних процесів, в РТС виявлення, селекції та супроводження просторово-протяжних об'єктів; зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами; мету і задачі дослідження; методи дослідження; наукову новизну отриманих результатів; практичне значення отриманих результатів; обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій. Наведено дані про впровадження, публікації, апробацію і особистий внесок здобувача.

У першому розділі розглянуто проблематику задач радіолокації протяжних об'єктів, основні статистичні характеристики відбиттів від точкових і протяжних об'єктів. Розглянуто моделі сигналів і характеристики відбиттів від складних об'єктів, визначено їхні статистичні характеристики, необхідні для складання умовних функціоналів щільностей ймовірностей і наступного вирішення оптимізаційних задач просторово-часової обробки сигналів, відбитих від складних об'єктів. Проведено аналіз методів і підходів просторово-часової обробки сигналів, розсіяних розподіленими об'єктами на фоні завад, що дозволило обґрунтувати основні напрямки досліджень.

Реальний складний об'єкт має деяку сукупність “блискучих точок” в елементі, розміри якого визначаються роздільною здатністю РЛС, тому положення еквівалентного фазового центру об'єкта є випадковим у межах його геометричного розміру, а в деяких випадках виходить за фізичні межі об’єкта. Складною задачею в РЛС кругового огляду є вимір дальності за кривизною хвильового фронту електромагнітного поля для випадку багатоточкового об'єкта й наявності морської поверхні. На основі аналізу багатоточкової моделі ППО сформульовані задачі оцінок його радіолокаційного зображення (РЛЗ) і відповідного контуру, що визначають місцезнаходження й характерні параметри ППО з урахуванням його руху.

Особливістю поля, розсіяного ППО та навколишнім середовищем, є стохастичний характер сигналу внаслідок зміни ракурсу об'єкта, висот схвильованої морської поверхні, наявності гідрометеоутворень на шляху поширення ехо-сигналу, внутрішніх шумів апаратури й т. ін. Поле, розсіяне складним об'єктом, лінійні розміри якого становлять десятки-сотні тисяч довжин хвиль, описується сумою полів еквівалентної сукупності локальних джерел. При цьому окремі “блискучі точки” об'єкта не розрізняються, у цьому випадку оптимальною процедурою оцінки параметрів сигналу

, де – вектор оцінюваних параметрів, на фоні завад , є узгоджена просторово-часова обробка прийнятого коливання . Вихідний ефект системи узгодженої обробки сигналів на тлі загальної гауссової завади за один період обзору визначається комплексним кореляційним інтегралом:

, (1)

де

– матриця обернених кореляційних функцій, – номер радіолокаційного огляду.

У випадку, коли відношення сигнал/завада набагато більше одиниці, що характерно для ближньої радіолокації, матриця

буде погано обумовленою. Крім того, для отримання оберненої кореляційної матриці потрібна висока точність обчислень і значні часові ресурси при великому обсязі вибірки. Це зумовлює необхідність переходу до адаптивних алгоритмів обчислення коваріаційної матриці завад.

З існуючих практичних методів обробки радіолокаційних сигналів можна відзначити такі: алгоритм черезперіодної компенсації; некогерентне накопичування; кореляційний алгоритм виявлення об'єктів заданої структури; перетворення динамічних РЛЗ, в якості яких використовується множина функції

, в набір локальних ознак (ЛО), що характеризують невеликі ділянки зображення; фільтрацію РЛЗ. У реальних умовах за наявності нестаціонарних завад часто знижується працездатність перерахованих методів, наприклад, застосування алгоритмів черезперіодної компенсації з накопичуванням не завжди приводить до бажаного результату. При вирішенні задач виявлення просторово-протяжних об'єктів на фоні нестаціонарних завад застосовують непараметричні багатокрокові процедури виявлення на основі поглинаючих ланцюгів Маркова, а моменти прийняття рішення про появу або закінчення ППО відносяться до початку або закінчення заданих комбінацій одиниць і нулів. Оскільки залежності між вимірюваними величинами, як правило, нелінійні й відомі приблизно, то при вирішенні обернених задач доцільно застосовувати алгоритми, основані на адаптивній обробці сигналів або з використанням нейронних мереж. На рис. 1 наведено приклад реальної радіолокаційної обстановки в районі “Російської коси” Дніпро-Бузького лиману з роздільною здатністю за дальністю 15 м, при цьому на один елемент роздільної здатності припадає два дискретних значення РЛЗ.

Другий розділ присвячений розробці оптимальних і квазіоптимальних алгоритмів оцінки параметрів сигналу з урахуванням просторової протяжності об'єкта.

Спочатку розглянуто задачу оцінки комплексного коефіцієнта розсіювання

ППО, вирішення якої дозволяє знайти координати радіолокаційного центра ППО і його зовнішніх розмірів , які визначаються за допомогою виразів

, (2)

де

– (3)

оптимальна оцінка

; – просторова функція невизначеності; – обвідна одиничного сигналу, що відповідає амплітуді поля, розсіяного елементом за умови , залежить від форми зондувального сигналу й від геометрії задачі.