Методи обробки динамічних сцен при впливі нестаціонарних завад у радіотехнічних системах супроводження надводних протяжних об'єктів (стр. 4 из 5)

Дослідженню підлягали: емпіричний алгоритм розрахунку визначення потокових радіолокаційних координат горизонтальних перетинів функції невизначеності корисних ехо-сигналів – метод “Кінбурн”, застосовуваний в АІОС навігаційного комплексу “Лиман” ДП “Дельта-лоцман”; метод моментів (ММ); метод моментів з ваговими коефіцієнтами (А-Ж); метод найменших квадратів (МНК).

В основу визначення центру сигнальної групи радіолокаційних сигналів, відбитих від просторово-протяжного об'єкта, покладено перший момент, що визначає центр ваги фігури, яка обмежена функцією

в декартовій системі координат. Координати центру ваги визначаються співвідношеннями

, (15)

де

– вагові функції.

Методи порівнювали за критеріями: мінімуму середнього зсуву знайденого радіолокаційного центру просторово-протяжного об'єкта від центру каналу та мінімуму середньоквадратичного відхилення від центру каналу. Обґрунтування вибраних критеріїв базується на таких положеннях:

- ехо-сигнал від частини судна найменш віддаленої від РЛС формується шляхом безпосереднього зворотного розсіювання зондувального сигналу на найближчих до спостерігача провідних елементах конструкції судна; морські об’єкти мають значні геометричні розміри (довжина 120...230 м, ширина 20...50 м), ширина каналу (фарватеру) становить приблизно 100 м, а на деяких ділянках звужується;

- вибір другого критерію мотивується інерцією судна з великою водотоннажністю, тобто судно не може за малий проміжок часу швидко змінити своє розташування в просторі.

Порівняння методів проводилося в районі “Російської коси”, досліджуваний об'єкт – корабель “Kyklades_K”, напрямок руху – Миколаїв-море.

Координати визначення місцезнаходження радіолокаційного центру просторово-протяжного об'єкта методом моментів без вагових функцій та методу найменших квадратів не задовольняють обраним критеріям: мінімуму математичного сподівання

та мінімуму середньоквадратичного відхилення . При незначній зміні сигнальної групи координати радіолокаційного центру різко змінюються. Відхилення радіолокаційного центру від центру каналу становить приблизно один елемент роздільної здатності за дальністю.

Порівнюючи отримані результати (рис. 7) по всьому каналу, можна зробити такі висновки:

- координати радіолокаційного центру, які оцінені методом моментів, мають більший зсув відносно центру каналу порівняно з оцінками за методом “Кінбурн”; розкид зазначених оцінок має ідентичну тенденцію;

- знайдено вагові коефіцієнти функцій, що дозволяють зменшити середньоквадратичне відхилення й математичне сподівання (метод моментів з вагою Д) у порівнянні з методом, яким застосовується у системі “Кінбурн”.

Аналіз результатів дозволяє констатувати, що в складних радіотехнічних умовах для координатного забезпечення проведення суден по вузьких фарватерах доцільно, поряд з оконтурюванням ППО, використовувати алгоритм (15)(15) з ваговими функціями

, як фактор, який коректує помилки оцінювання радіолокаційного центру.

У п'ятому розділі розглянуто евристичні алгоритми селекції рухомих просторово-протяжних об'єктів на фоні нестаціонарних завад. Проблема побудови систем селекції ППО розглядається стосовно цифрових методів обробки сигналів.

Спочатку досліджується алгоритм, що ґрунтується на сегментації динамічних сцен на деяку сукупність областей. Вся область простору

розбивається на невеликі сегменти , а для кожного сегмента складається вектор стану: координати центру ваги сегмента :

, (16)

– середньоквадратичне відхилення для .

Розміри сегмента вибираються таким чином, щоб вони перевищували геометричні розміри протяжного об'єкта.

Для рухомих об'єктів характерні такі ознаки (рис. 8): у випадку перетину об'єктом границі сегмента

центр ваги сегмента починає зміщатися, що відповідає зміні центру ваги сегмента від деякого стійкого положення; СКО перевищує деяке граничне значення. По мірі руху об’єкта в середині сегмента координати центру ваги описують спадаючу (або ж зростаючу) криву.

Для створення автоматичної системи спостереження за рухомими об'єктами придушення складної завади, зниження інтенсивності потоку даних – запропоновано метод селекції рухомих об'єктів, який ґрунтується на застосуванні міжперіодної обробки радіолокаційної інформації, структурна схема якого показана на рис. 9. На рис. 10 наведена структурна схема нейрона.

Критерій для ухвалення рішення про рух об'єкта в блоці ухвалення рішення здійснюється за таких умов:

–максимум кореляційної функції не менше 0,7;

-максимум кореляційної функції зміщується в одному напрямку (у напрямку руху судна) рис. 11;

–збільшення розмірів області, яку займає протяжний об'єкт у досліджуваний період часу.

Враховуючи те, що просторово-протяжний об'єкт має значні геометричні розміри, порівняні з елементом роздільної здатності за дальністю і азимутом, був запропонований евристичний алгоритм виявлення пачок двійково-квантованих сигналів, який ґрунтується на наявності

одиниць на суміжних позиціях далекомірного каналу. Критерій фіксації початку пачки корисних сигналів є одночасно критерієм її виявлення. Кінець пачки фіксується за наявності серій із пропусків (нулів). Ширина сигнальної групи визначається шляхом перегляду суміжних азимутальних каналів за критерієм наявності корисних сигналів у сусідніх азимутальних каналах.

Запропонований алгоритм міжперіодної обробки радіолокаційної інформації дозволяє істотно знизити потік вхідних даних у блок обробки даних. Радіолокаційна система є багатоканальною, причому в кожному кроці спостереження аналізу піддається кілька каналів. Час, необхідний для послідовного огляду всіх каналів, виявляється досить великим, і тому циклічний огляд простору неприйнятний. Більшість каналів є «порожніми», тобто не містять корисних сигналів, і витрати на їхній огляд є марними. У зв'язку із цим доцільно застосовувати керування оглядом робочої зони, прагнучи скоротити час, що витрачається на зондування порожнього простору.

З метою подальшого розвитку процедур і структури інформаційної підсистеми вперше запропоновано при вирішенні оберненої задачі, використовувати елементи, які імітують принцип дії штучних нейронних мереж. Оскільки нейронні мережі забезпечують виконання швидкодіючих процедур паралельної обробки РЛЗ, ця суттєва властивість дозволяє синтезувати оптимальний склад технічних засобів для підвищення загальної швидкодії алгоритмів у процедурах оцінки параметрів сигналів на фоні нестаціонарних завад.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі на основі подальшого розвитку методів просторово-часової обробки радіолокаційних сигналів розроблено оптимальні й квазіоптимальні алгоритми оцінок комплексного коефіцієнта розсіювання та питомої ЕПР з урахуванням апріорної інформації про просторову довжину об'єкта на фоні нестаціонарних завад.

1. На основі вирішення оптимізаційної задачі в рамках методів максимальної правдоподібності й максимуму апостеріорної щільності ймовірності синтезовані алгоритми оцінок комплексного коефіцієнта розсіювання й питомої ЕПР.

2. Розглянуті функціонали правдоподібності на основі яких отримані системи нелінійних рівнянь, які зв’язують оцінювані параметри з вихідними сигналами оптимальних та квазіоптимальних фільтрів.

3. Розроблено оптимальні та квазіоптимальні алгоритми оцінок параметрів та статистичних характеристик ППО. Основними складовими цих алгоритмів є операції узгодженої фільтрації приймаємих коливань, операції адаптивного вибілювання (декореляції) приймаємих сигналів як випадкових процесів, операція вейвлет аналізу динамічних сцен та операції рішення систем нелінійних рівнянь.

4. Розроблені алгоритми рішення задачі виявлення та селекції ППО, яке засновано на використанні стохастичних моделей відбитого електромагнітного поля з їх наступним бінарним квантуванням та цифрової обробці.

5. Розроблений метод і синтез алгоритмів погодженої цифрової обробки амплітуд радіолокаційних сигналів, відбитих від морських суден, дозволив з практичної точки зору підготувати застосування процедури виявлення й визначення місцезнаходження просторово-протяжних об'єктів у складних метеорологічних умовах. Використання вейвлет-перетворення дозволило скоротити обсяг обчислень.