Устройство распознавания объектов по дальномерному портрету с использованием двоичного квантования

Устройство распознавания объектов по дальномерному портрету с использованием двоичного квантования относится к устройствам автоматизированного распознавания воздушных, надводных и наземных целей, объектов с навигационным оборудованием (например, аварийные буи) и мешающих объектов, не являющихся объектами локации, и может найти применение для решения задач обеспечения навигационной безопасности судовождения. Технический результат - повышение достоверности распознавания малоразмерных надводных целей. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство, включающее блок автоматической стабилизации порога обнаружения, амплитудный детектор, первый пороговый элемент, генератор тактовых импульсов, ключ, регистр сдвига и индикатор, дополнительно содержит два устройства сравнения, два формирователя эталонных сигналов и второй пороговый элемент, 1 н.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к устройствам автоматизированного распознавания воздушных, надводных и наземных целей, объектов с навигационным оборудованием (например, аварийные буи) и мешающих объектов, не являющихся объектами локации. Устройство предназначено для обеспечения распознавания воздушных, надводных и наземных целей, элементов навигационного оборудования и мешающих объектов с заданной вероятностью правильного распознавания при использовании радиолокационных дальномерных портретов (РЛДП) (распределение интенсивности отраженного сигнала от объекта вдоль линии визирования, соответствующее дискретному элементу разрешения РЛС по дальности) объектов локации, формируемых радиолокационными станциями (РЛС) с высокой разрешающей способностью по дальности (порядка 1,0-0,15 м).

Предполагаемая полезная модель может найти применение для решения задач обеспечения навигационной безопасности судовождения.

В настоящее время реализация задач эффективного управления судном требует не только уверенного обнаружения объектов локации в водной акватории, но и их распознавания с высокой достоверностью.

Известны методы распознавания надводных объектов по спектральным, амплитудным, поляризационным признакам. Однако, как правило, спектральные и амплитудные признаки подвергаются значительным флуктуациям, существенно зависят от дальности до объектов распознавания, что приводит к снижению достоверности распознавания. Применение поляризационных методов распознавания требует существенного усложнения конструкции РЛС. При этом распознаваемые объекты могут существенно различаться по габаритным размерам (крупнотоннажные судна, яхты, топляк).

Из уровня техники известно, что при большой полосе частот зондирующих сигналов со сплошным спектром (широкополосные сигналы), а в ряде случаев и с дискретным спектром (многочастотные сигналы), удается раздельно наблюдать элементы целей вдоль линии визирования и наблюдать их РЛДП. При полосах частот зондирующих сигналов F=303000 МГц можно обеспечить согласованную разрешающую способность по дальности порядка 1,0-0,15 м, что позволяет получать РЛДП надводных, воздушных, космических и других целей различной протяженности. При этом в ряде случаев в качестве информативного признака распознавания может служить размер цели. Он измеряется по некоторому уровню от максимума РЛДП либо по максимуму корреляционной функции с эталонными сигналами прямоугольной формы различной протяженности [1].

Известен алгоритм распознавания целей по РЛДП без уточнения его технической реализации. В предлагаемом алгоритме задача распознавания целей по РЛДП решается путем сравнения полученного портрета с эталонами, характеризующими РЛДП рассматриваемых типов целей. В процессе обработки принятых радиолокационных сигналов определяется степень (коэффициент) корреляции между РЛДП распознаваемой цели и РЛДП эталонов, а решение о принадлежности цели к одному из эталонов принимается по максимальному значению этого коэффициента. Алгоритм распознавания в этом случае сводится к решению задачи фильтрации РЛДП распознаваемой цели с помощью, так называемого корреляционного фильтра, в качестве импульсной характеристики которого выступает выбранный эталонный портрет. Совокупность (последовательность) полученных результатов фильтрации (свертки) сравнивают между собой, и в качестве решения выбирают цель (эталон), коэффициент корреляции с РЛДП которой принимает максимальное значение [2].

Данный алгоритм имеет ряд недостатков: не проработанность технического решения, сложность аппаратного определения коэффициента корреляции, изменчивость значений функции корреляции ввиду того, что на них накладывается временная нестабильность сигналов, при этом не обеспечивается достаточная достоверность распознавания малоразмерных надводных целей.

При этом ближайший аналог рассматриваемой полезной модели не выявлен.

Задачей предполагаемой полезной модели является создание устройства автоматизированного распознавания морских и речных судов различного тоннажа, элементов навигационного оборудования и мешающих объектов с повышенным уровнем достоверности распознавания за счет использования дальномерных портретов с их двоичным квантованием, формируемых с помощью РЛС с высокой разрешающей способностью по дальности.

Технический результат при использовании настоящей полезной модели заключается в повышении достоверности распознавания малоразмерных надводных целей.

Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата предусматривает, что предлагаемое в качестве полезной модели устройство распознавания объектов по дальномерному портрету с использованием двоичного квантования содержит последовательно соединенные блок автоматической стабилизации порога обнаружения, амплитудный детектор, первый пороговый элемент, с выхода которого сигнал поступает на вход ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, регистр сдвига, на информационный вход которого поступает сигнал с выхода ключа, индикатор. Особенностью данного устройства является то, что оно с целью распознавания объектов с заданными вероятностями дополнительно содержит два устройства сравнения, два формирователя эталонных сигналов и второй пороговый элемент, причем на входы устройств сравнения поступают сигналы эталонов радиолокационных дальномерных портретов с двух формирователей эталонных сигналов, и сигналы с выхода регистра сдвига, с выходов устройств сравнения сигналы передаются на первый и второй входы второго порогового элемента, на третий и четвертый входы которого поступают тактовые импульсы и подаются пороговые напряжения, величина которых определяется в соответствии с заданными вероятностями распознавания.

Сущность полезной модели поясняется структурной схемой устройства распознавания объектов по дальномерному портрету с использованием двоичного квантования, приведенной на фиг. 1, состав которой включает:

1 - блок автоматической стабилизации порога обнаружения;

2 - амплитудный детектор;

3 - первый пороговый элемент;

4 - генератор тактовых импульсов;

5 - ключ;

6 - регистр сдвига;

7 - формирователь эталонных сигналов;

8 - устройство сравнения;

9 - второй пороговый элемент;

10 - индикатор.

Устройство для случая распознавания двух классов функционирует следующим образом.

На вход блока (1) автоматической стабилизации порога обнаружения поступает аддитивная смесь сигнала и шума с выхода приемника. Амплитудный детектор (2) выделяет огибающую отраженного сигнала |f/(t)|². С помощью порогового элемента (3), генератора (4) тактовых импульсов и ключа (5) осуществляется аналого-цифровое преобразование сигнала по двум уровням - ноль или единица.

Оцифрованный сигнал с выхода ключа (5) поступает на информационный вход регистра (6) сдвига, в котором по каждому тактовому импульсу осуществляется сдвиг поступивших сигналов. Число информационных выходов регистра (6) сдвига выбирается из соотношения радиальной протяженности наиболее крупноразмерной цели l_{ц max} к разрешающей способности РЛС по дальности:

,

(1)

где c - скорость электромагнитных волн в свободном пространстве.

В каждом такте сигнал с выхода регистра (6) сдвига (S₁, S_N) поступает одновременно на входы устройств (8) сравнения. На вторые входы устройств (8) сравнения подаются, в соответствии с априорными сведениями о портретах эталонов целей, логические единицы или нули в виде положительных или нулевых напряжений с 1-х выходов двух формирователей (7) эталонных сигналов (1 - номер элемента разрешения по дальности, i - номер типа цели или номер устройства (8) сравнения). Символы 1 могут принимать значения от 1 до N, а символы i от 1 до R, где R - число распознаваемых классов.

Каждое из используемых устройств (8) сравнения включает логические элементы, реализующие бинарную операцию «исключающее «ИЛИ» (бинарная операция, результат действия которой равен 1, если число складываемых единичных битов нечетно, если же их число четно, то результат равен 0), при которой на выходе элемента формируется логическая единица только в том случае, если на оба входа этого элемента подаются логические единица и нуль. Если радиальная протяженность распознаваемого объекта меньше, чем радиальная протяженность наиболее крупноразмерного объекта (l_s<l_{s max}), то в оставшиеся незаполненные разряды эталонных сигналов записываются логические нули. При таком алгоритме сравнения сумма Z_iна выходе любого устройства (8) сравнения при совпадении номера цели с условным номером этого устройства в пределе равна числу элементов разрешения N. Это позволяет достаточно просто определить номер канала с максимальным сигналом и такт, в котором эта сумма достигает максимального значения. Данная операция реализуется вторым пороговым элементом (9).

Выбор порогового напряжения U_por2 осуществляется в соответствии с заданными вероятностями распознавания. Информация о результатах распознавания отображается на индикаторе (10).

Предлагаемое устройство реализовано в локаторе мобильной автоматизированной радарной системы управления на базе быстродействующих программируемых логических матриц (ПЛМ) типа Xilinx.

Тем самым подтверждается промышленная реализация вышеописанного устройства, позволяющего определить протяженность целей, в результате анализа которой возможно принятие решения об отнесении объекта к одному из распознаваемых классов.

Разработанное устройство обладает расширенными функциональными возможностями и повышенным уровнем правильного распознавания морских и речных судов различного тоннажа, элементов навигационного обеспечения (буев) и мешающих объектов.

Использованные источники информации:

1. «Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория», Справочник, Изд. 2-е перераб. и доп./ Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Радиотехника, 2007 г. - 512 с, с. 118, 416.

2. С.З. Кузьмин «Цифровая радиолокация. Введение в теорию», - Киев: Издательство «КВЩ», 2000 г. - 428 с, с. 354-356.

Устройство распознавания объектов по дальномерному портрету с использованием двоичного квантования, содержащее последовательно соединенные блок автоматической стабилизации порога обнаружения, амплитудный детектор, первый пороговый элемент, с выхода которого сигнал поступает на вход ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, регистр сдвига, на информационный вход которого поступает сигнал с выхода ключа, индикатор, отличающееся тем, что, с целью распознавания объектов с заданными вероятностями в устройство дополнительно включены два устройства сравнения, два формирователя эталонных сигналов и второй пороговый элемент, причем на входы устройств сравнения поступают сигналы эталонов радиолокационных дальномерных портретов с двух формирователей эталонных сигналов, и сигналы с выхода регистра сдвига, с выходов устройств сравнения сигналы передаются на первый и второй входы второго порогового элемента, на третий и четвертый входы которого поступают тактовые импульсы и подаются пороговые напряжения, величина которых определяется в соответствии с заданными вероятностями распознавания.