УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАСПОЗНАВАНИЯ ПАТТЕРНОВ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Устройство относится к радиолокационной технике и может быть использовано для обнаружения и распознавания сигналов, отраженных статическими и динамическими воздушными объектами, в принимаемом радиолокационном сигнале в режиме реального времени.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является устройство сейсмоакустического обнаружения и классификации движущихся объектов (патент на полезную модель RU 59842), содержащее блок регистрации сейсмических или акустических сигналов, блок-предобработки данных, блок преобразования, блок классификации типа сигнала, выполненный в виде нейронной сети, соединенные последовательно, отличающееся тем, что введены блок кодировки, блок детектирования сигнала тревоги, блок оповещения, блок задания параметров предобработки, блок банка вейвлетных фильтров, блок задания параметров кодировки, блок библиотеки классификационных векторов обучающих образцов сигналов, блок кодировки подсоединен между выходом блока преобразования и входом блока классификации типа сигнала, при этом блок преобразования выполнен обеспечивающим пакетное вейвлет-преобразование, а нейронная сеть блока классификации типа сигнала выполнена в виде радиальной вероятностной сети, блок детектирования сигнала тревоги и блок оповещения последовательно подсоединены к выходу блока классификации типа сигнала, выход блока задания параметров предобработки подсоединен ко второму входу блока предобработки данных, выход блока банка вейвлетных фильтров подсоединен ко второму входу блока преобразования, выход блока задания параметров кодировки подсоединен ко второму входу блока кодировки, а выход блока библиотеки классификационных векторов обучающих образцов сигналов подсоединен ко второму входу блока классификации типа сигнала. Недостатком этого технического решения является невозможность адаптации алгоритма обработки информации в зависимости от особенностей решаемой прикладной задачи и недостаточная компактность устройства, обусловленная необходимостью использования персональной ЭВМ (ноутбука), что затрудняет его использование в условиях ограниченного пространства.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, заключается в совершенствовании устройств для радиолокационного распознавания воздушных объектов с возможностью адаптации технологии обработки информации в зависимости от особенностей решаемой задачи.
Названная техническая задача решается за счет того, что устройство для автоматизированного распознавания паттернов радиотехнических сигналов включает последовательно соединенные блок сопряжения с радиолокатором, блок настройки параметров распознавания, блок выбора паттерна, блок адаптивной фильтрации, блок формирования векторов признаков паттернов, блок распознавания паттернов и блок сопряжения с внешним устройством, причем второй выход блока распознавания паттернов подключен ко второму входу блока настройки параметров распознавания.
Для расширения потенциальных возможностей устройства блок формирования векторов признаков паттернов радиотехнических сигналов может быть реализован на основе расчета двумерного массива коэффициентов как линейных время-частотных преобразований, включая оконное преобразование Фурье, преобразование Габора, вейвлет-преобразование, так и билинейных время-частотных преобразований, включая преобразование Вигнера, преобразование Чои-Вильямса, преобразование Бертрана.
Для удобства реализации блок распознавания паттернов может быть реализован на основе сверточной нейронной сети, на входной слой которой подаются рассчитанные двумерные массивы коэффициентов время-частотных преобразований паттернов радиотехнических сигналов.
Заявляемое устройство выполнено в одном корпусе, как правило, изготавливаемом из пластика и имеющем геометрическую форму куба или параллелепипеда со скругленными углами. Блоки, входящие в устройство, закреплены на диэлектрической пластине, устанавливаемой в корпусе. Длина пластины равна длине ребра, а ширина составляет не более 4/5 длины ребра кубического корпуса. Предпочтительным способом установки диэлектрической пластины в корпусе является ее жесткое закрепление по линиям, соединяющим центры ребер противоположных граней корпуса. Грань корпуса, ближе к которой расположен блок сопряжения с внешним устройством, оборудована разъемом для подключения внешних устройств, причем разъем встроен заподлицо с поверхностью грани. Грань корпуса, ближе к которой расположен блок сопряжения с радиолокатором, оборудована разъемом (предпочтительно, USB-портом) для подключения к радиолокатору, причем разъем встроен заподлицо с поверхностью грани.
Электропитание компонентов устройства осуществляется от внешнего источника через шину питания USB-интерфейса или с помощью блока питания, закрепленного на одной из граней внутри корпуса (кроме граней, к которым закреплена диэлектрическая пластина) и соединенного с блоками, составляющими устройство. Грань корпуса, на которой закреплен блок питания, оборудуется разъемом для подзарядки блока питания, причем разъем встроен заподлицо с поверхностью грани.
Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков, заключается в упрощении реализации автоматизированного распознавания паттернов радиотехнических сигналов.
Функционирование заявляемого устройства для автоматизированного распознавания паттернов радиотехнических сигналов заключается в следующем.
I) Блок сопряжения с радиолокатором обеспечивает подключение устройства к радиолокатору через USB-порт, в результате чего на вход устройства поступают оцифрованные значения принятого радиолокатором (отраженного от динамического воздушного объекта) сигнала. Блок содержит последовательно соединенные интерфейс устройства USB, микроконтроллер и блок оптронной развязки, соединенный проводом с входом блока настройки параметров распознавания.
II) Блок настройки параметров распознавания в зависимости от особенностей поставленной задачи национальной безопасности обеспечивает возможность задания параметров, определяющих особенности обработки радиолокационной информации при реализации алгоритма автоматизированного распознавания паттернов радиотехнических сигналов, вводимых с помощью сенсорного жидкокристаллического дисплея, выполненного на корпусе устройства:
- параметры адаптивной фильтрации радиотехнических сигналов (описаны в патенте US 20100118921);
- параметры формирования векторов признаков паттернов радиотехнических сигналов на основе реализации время-частотных преобразований (описаны в патенте US 5852567);
- параметры нейросетевого классификатора для распознавания паттернов радиотехнических сигналов, реализованного на основе сверточной нейронной сети (описаны в патенте ЕР 3186752).
III) Блок выбора паттерна - участка обрабатываемого радиотехнического сигнала длительностью, равной ранее заданной (в блоке настройки параметров распознавания) длительности окна, по технологии «скользящего окна», согласно которой окно заданной (в блоке настройки параметров распознавания) длительности перемещают по обрабатываемому сигналу с шагом, равным заданной (в блоке настройки параметров распознавания) длительности шага перемещения окна. Блок содержит сдвиговый регистр переменной длины (вход которого является входом блока), определяемой длительностью окна (количество задействуемых ячеек регистра определяют как произведение длины окна и частоты дискретизации сигнала), выход которого (являющийся выходом блока) соединен проводом с входом блока адаптивной фильтрации.
IV) Блок адаптивной фильтрации осуществляет очистку данных от нестабильных мешающих сигналов и шумов, перекрывающихся по спектру со спектром полезных сигналов, или когда полоса мешающих частот неизвестна, при этом частотная характеристика адаптивных фильтров автоматически регулируется или модифицируется в соответствии с набором заданных (в блоке настройки параметров распознавания) критериев. Материальным эквивалентом блока адаптивной фильтрации является техническое решение, описанное в патенте US 20100118921. Выход блока адаптивной фильтрации соединен проводом с входом блока формирования векторов признаков паттернов.
V) Блок формирования векторов признаков паттернов радиотехнических сигналов осуществляет расчет двумерного массива коэффициентов как линейных время-частотных преобразований в соответствии с набором заданных (в блоке настройки параметров распознавания) параметров, включая оконное преобразование Фурье, преобразование Габора, вейвлет-преобразование, так и билинейных время-частотных преобразований, включая преобразование Вигнера, преобразование Чои-Вильямса, преобразование Бертрана. Материальным эквивалентом блока формирования векторов признаков паттернов радиотехнических сигналов является техническое решение, описанное в патенте US 5852567. Выход блока формирования векторов признаков паттернов соединен проводом с входом блока распознавания паттернов.
VI) Блок распознавания паттернов радиотехнических сигналов реализован на основе сверточной нейронной сети в соответствии с набором заданных (в блоке настройки параметров распознавания) параметров, на входной слой которой подаются рассчитанные двумерные массивы коэффициентов время-частотных преобразований, рассчитанные в блоке формирования векторов признаков паттернов, при этом на выходном слое нейросетевого классификатора формируются значения, соответствующие классам динамических воздушных объектов. Материальным эквивалентом блока распознавания паттернов является техническое решение, описанное в патенте ЕР 3186752. Первый выход блока распознавания паттернов соединен проводом с входом блока сопряжения с внешним устройством, а второй выход блока распознавания паттернов соединен проводом со вторым входом блока настройки параметров распознавания.
VII) Блок сопряжения с внешним устройством осуществляет выдачу класса распознаваемого паттерна с привязкой к месту его расположения во входном радиотехническом сигнале и информации об окончании обработки входного сигнала во внешнее устройство (потребитель информации). Блок реализован как последовательно соединенный интерфейс устройства USB (вход которого являются входом блока), микроконтроллер и блок оптронной развязки с коммутатором, позволяющим передать информацию на внешнее цифровое устройство по радиоканалу.
Таким образом, описанные элементы заявляемого устройства для автоматизированного распознавания паттернов радиотехнических сигналов функционально взаимосвязаны и находятся в конструктивном единстве (в едином монокорпусе; жестко, четко, надежно, соединены проводами; исключение хотя бы одного блока сделает невозможным функционирование устройства), а совокупность его существенных признаков неизвестна из уровня техники. Поэтому заявляемое устройство представляет собой новое техническое решение, относящееся к радиолокационной технике, а именно к аппаратуре для радиолокационного обнаружения и распознавания воздушных объектов.
Заявляемое устройство является промышленно применимым, поскольку может быть реализовано предприятиями (организациями) радиоэлектронной и оборонной промышленности.