ПОМЕХОЗАЩИЩЕННЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ СИГНАЛОВ ОБЗОРНОГО ГИДРОЛОКАТОРА

Заявляемое устройство относится к гидроакустике, в частности к цифровой обработке сигналов и гидролокационных изображений (ГЛИ) с выхода гидролокационных датчиков.
Известны устройства обнаружения сигналов (адаптивные обнаружители сигналов) [1, 2, 3, 4], в которых для стабилизации вероятности ложной тревоги на выходе обнаружителя при нестационарных фоновых отражениях на входе обнаружителя с априорно неизвестным распределением фоновых отражений и шумов совместно используются два подхода:
- для преодоления нестационарности фоновых отражений производится оценка изменяющихся параметров распределения - параметра положения, т.е. среднего значения, и параметра размаха распределения - среднеквадратического отклонения (СКО), с последующей стационаризацией обрабатываемого ГЛИ. При стационаризации производится центрирование исходного ГЛИ и нормирование центрированного ГЛИ на оценку поля СКО ГЛИ,
- для преодоления априорной неопределенности вида распределения помеховых сигналов используется контроль потока ложных тревог на выходе обнаружителя и регулирование порога обнаружения по результатам оценки вероятности ложных тревог на выходе обнаружителя обзорного гидролокатора.
Первый подход соответствует параметрической адаптации при формировании порога обнаружения, а второй подход - соответствует непараметрической адаптации порога обнаружения. Использование параметрической адаптации позволяет отследить «быстрые» изменения параметров фоновых отражений, а на этапе непараметрической адаптации преодолевается неопределенность, обусловленная видом распределения фоновых помех.
Однако при реализации оценивания параметров возникает дополнительная проблема - на формируемые оценки параметров влияют объекты, расположенные в зоне обзора гидролокатора. К таким объектам относятся точечные и локально-протяженные цели, протяженные отражения от элементов дна. Указанная проблема приводит к тому, что в окрестностях объектов в области, соответствующей апертурам оценивания параметров помех, вероятность ложной тревоги сильно отличается. В зависимости от интенсивности отражений от объектов вероятность ложной тревоги в «апертурной окрестности» объектов может отклоняться от требуемой на 2…3 порядка, что является существенным недостатком.
Для случая точечных объектов для устранения указанного недостатка в устройствах-аналогах по авторским свидетельствам [1, 2, 3, 4] применялся алгоритм категоризации, использующий в канале оценивания параметров помех предварительное обнаружение объектов и их цензурирование с замещением. Цензурирование с замещением состоит в замене выброса на ГЛИ, обусловленного объектом, на интерполируемое значение фона в соответствующих элементах разрешения.
ЛТ
-3
-5
При наличии на ГЛИ множественных объектов - точечных, локально-протяженных и протяженных, при низкой требуемой вероятности ложных тревог F=10…10 непосредственная оценка вероятности ложных тревог также наталкивается на проблему влияния решений об обнаружении, принятых по объектам разных классов, на величину формируемой оценки порога обнаружения. Из-за этого влияния порог обнаружения, формируемый с использованием непараметрических методов, оказывается сильно завышенным.
Для преодоления негативного влияния на формируемые оценки параметров распределений фоновых отражений находящихся на ГЛИ локально-протяженных и протяженных объектов в устройстве обработки локационного изображения [5] при реализации алгоритма стационаризации применены устойчивые к наличию на ГЛИ аномальных наблюдений алгоритмы формирования оценок параметров нестационарного поля. В качестве параметра положения вместо скользящего среднего используется оценка локальной медианы распределения, а в качестве параметра размаха вместо скользящего СКО используется оценка медианы модуля второй конечной разности поля ГЛИ.
Для преодоления негативного влияния на формируемую непараметрическими методами оценку вероятности ложных тревог находящихся на ГЛИ локально-протяженных и протяженных объектов в устройстве сегментации локационного изображения [6] применен помехоустойчивый алгоритм формирования порога сегментации, определяемого как точка перелома (корень хвоста) выборочного распределения (гистограммы) отсчетов стационаризованного ГЛИ. Формируемый по данному методу порог оказывается мало зависящим от наличия на ГЛИ выбросов, обусловленных объектами разных классов.
В системе обработки гидролокационной информации, описанной в [7], используется обнаружитель сигналов, содержащий блок стационаризации локационного изображения, описанный в патенте [5], и блок сегментации локационного изображения, описанный в патенте [6]. Обнаружитель, описанный в [7], является наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемому устройству.
-2
-2
-3
-5
Однако обнаружитель-прототип имеет следующий недостаток - формируемый как точка перелома (т.е. корень хвоста) выборочного распределения порог сегментации (обнаружения) соответствует слишком большой и не точно устанавливаемой вероятности ложных тревог - порядка 3*10…10, что является избыточно большим значением для многих приложений, в которых значение вероятности ложных тревог должно устанавливаться и поддерживаться на уровне (в диапазоне) 10…10.
ЛТ
-3
-5
При наличии на ГЛИ множественных объектов - точечных, локально-протяженных и протяженных, при низкой требуемой вероятности ложных тревог F=10…10 непосредственная оценка непараметрическими методами потока ложных тревог также наталкивается на проблему влияния решений об обнаружении, принятых по объектам разных классов, на величину формируемой оценки порога обнаружения. Из-за этого влияния формируемый с использованием непараметрических методов для таких помеховых ситуаций порог обнаружения, оказывается сильно завышенным.
Таким образом, обнаружитель-прототип имеет следующие недостатки - неконтролируемость номинального значения поддерживаемой вероятности ложной тревоги и зависимость вероятности ложных тревог на выходе обнаружителя от наличия на гидролокационном изображении амплитудных неоднородностей, обусловленных объектами разных классов.
Задачей и техническим результатом заявляемого обнаружителя сигналов обзорного гидролокатора является обеспечение точности установки требуемой ложной тревоги в широком диапазоне номинальных значений и независимости вероятности ложных тревог на выходе обнаружителя от наличия на ГЛИ амплитудных неоднородностей, обусловленных объектами разных классов.
Для обеспечения указанного технического результата в обнаружитель сигналов обзорного гидролокатора, содержащий последовательно включенные блок стационаризации ГЛИ по патенту РФ №2212042 [5] и блок сегментации ГЛИ по патенту РФ №2219562 [6], дополнительно введены новые признаки, а именно: последовательно включенные блок завязки и нумерации следов, блок стробирования выбросов, блок измерения максимального отсчета выброса, блок формирования формуляров выбросов, блок формирования дополнительного интегрального закона распределения отсчетов, блок вычисления порога обнаружения и первое пороговое устройство, а также введены последовательно соединенные блок вычисления площади следов и второе пороговое устройство, вход блока вычисления площади следов соединен с первым выходом блока завязки и нумерации следов, второй вход блока формирования формуляров выбросов соединен с выходом блока вычисления площади следов, второй выход (код номера следа) блока завязки и нумерации следов соединен с третьим входом блока формирования формуляров выбросов, четвертый вход которого соединен с выходом второго порогового устройства, на второй вход которого подается код порогового значения площади следа шумового выброса, выход блока стационаризации гидролокационного изображения соединен также со вторым входом блока стробирования выбросов, второй выход блока формирования дополнительного интегрального закона распределения шумовых отсчетов (ДИЗРШО) соединен со вторым входом блока вычисления порога обнаружения, на третий вход которого подается код задаваемого потока ложных тревог, второй вход первого порогового устройства соединен с выходом блока формирования формуляров выбросов, выход первого порогового устройства является выходом обнаружителя.
Наиболее целесообразно введенные блоки реализовать следующим образом.
Блок завязки и нумерации следов состоит из ОЗУ виртуального ГЛИ, блока анализа связности и логической обработки решений и счетчика отметок, выход ОЗУ (многоразрядная шина) виртуального ГЛИ соединен с информационным входом блока анализа связности и логической обработки решений и с выходом блока завязки и нумерации следов, информационный выход блока анализа связности и логической обработки решений (по этой шине передается код номера отметки) соединен со входом предустановки счетчика отметок, выход первого синхросигнала соединен со счетным входом счетчика отметок, выход второго синхросигнала соединен со входом записи данных в счетчик отметок, вход признака сегментации ОЗУ соединен со входом признака сегментации блока завязки и нумерации следов, адресные шины ОЗУ виртуального ГЛИ по дальности и курсовому углу соединены с соответствующими (одноименными) входами блока завязки и нумерации следов, вход ОЗУ кода номера отметки соединен с выходом счетчика отметок, вход управления «запись/считывание» ОЗУ виртуального ГЛИ и синхровход блока анализа связности и логической обработки решений объединены и подключены к первому синхровходу блока завязки и нумерации следов, второй синхровход блока завязки и нумерации следов соединен со входом обнуления счетчика отметок, внешние синхросигналы подаются на блок завязки и нумерации следов с шины синхросигналов блока формирования ДИЗРШО.
Блок вычисления площади следов отметок состоит из ОЗУ площади следов, двухвходового сумматора и регистра хранения, выход ОЗУ соединен с первым входом сумматора и с выходом блока вычисления площади следов отметок, второй вход сумматора подключен к шине «логической 1-цы», выход сумматора подключен к информационному входу регистра хранения, выход регистра хранения соединен с информационным входом ОЗУ площади следов, адресный вход ОЗУ площади следов подключен к информационному входу блока вычисления площади следов (на него подается код номера отметки), вход управления «запись/считывание» ОЗУ площади следов и синхровход регистра хранения объединены и подключены к первому синхровходу блока вычисления площади следов отметок, второй синхровход блока вычисления площади следов отметок соединен со входом обнуления регистра хранения, внешние синхросигналы подаются на блок вычисления площади следов отметок с шины синхросигналов блока формирования ДИЗРШО.
Блок измерения максимального отсчета выброса состоит из ОЗУ максимальных отсчетов выбросов, схемы выбора максимума и регистра хранения, выход ОЗУ соединен с первым входом схемы выбора максимума и с выходом блока измерения максимального отсчета выброса, второй вход схемы выбора максимума подключен к информационному входу блока измерения максимального отсчета выброса, выход блока измерения максимального отсчета выброса подключен к выходу ОЗУ максимальных отсчетов, выход регистра хранения соединен с информационным входом ОЗУ максимальных отсчетов выбросов, адресный вход ОЗУ максимальных отсчетов выбросов подключен к адресному входу блока измерения максимального отсчета выброса, вход управления «запись/считывание» ОЗУ площади следов и синхровход регистра хранения объединены и подключены к первому синхровходу блока измерения максимального отсчета выброса, второй синхровход блока измерения максимального отсчета выброса соединен со входом обнуления регистра хранения, внешние синхросигналы подаются на блок измерения максимального отсчета выброса с шины синхросигналов блока формирования ДИЗРШО.
Блок формирования дополнительного интегрального закона распределения шумовых отсчетов состоит из последовательно соединенных блока формирования номера коридора гистограммы, коммутатора, блока формирования гистограммы и блока формирования массива дополнительного интегрального закона (ДИЗ), второй вход коммутатора и третий вход блока формирования массива интегрального закона соединены с выходом «адрес ОЗУ-гистограммы» блока синхронизации и управления, выход «адрес коммутатора» блока синхронизации и управления соединен с адресным входом коммутатора, второй вход блока формирования гистограммы соединен с выходом «обнуление ОЗУ гистограммы» блока синхронизации и управления, выход тактовых импульсов блока синхронизации и управления соединен соответственно с третьим входом блока формирования гистограмм и вторым входом блока формирования массива дополнительного интегрального закона, выход сигнала «запись/считывание ОЗУ дополнительного интегрального закона» блока синхронизации и управления соединен с четвертым входом блока формирования массива ДИЗ, выход сигнала «обнуление ОЗУ ДИЗ» блока синхронизации и управления соединен с пятым входом блока формирования массива дополнительного интегрального закона, вход блока формирования номера коридора гистограммы и выход блока формирования массива дополнительного интегрального закона являются соответственно входом и первым выходом блока формирования дополнительного интегрального закона распределения отсчетов, второй выход блока формирования дополнительного интегрального закона распределения отсчетов соединен с выходом «адрес ОЗУ-гистограммы» блока синхронизации и управления, синхросигналы с выхода шины синхросигналов блока формирования ДИЗРШО подаются на соответствующие входы блока завязки и нумерации следов, блока вычисления площади следов, блока измерения максимального отсчета выброса.
Техническим результатом, достигаемым в заявляемом устройстве, является обеспечение заданной (требуемой) вероятности ложной тревоги и исключение влияния на величину ложной тревоги объектов разных классов, находящихся на гидролокационном изображении.
Сущность заявляемого помехозащищенного обнаружителя сигналов обзорного гидролокатора состоит в том, что для достижения требуемого технического результата в обнаружитель сигналов обзорного гидролокатора, содержащий последовательно включенные блок стационаризации ГЛИ и блок сегментации ГЛИ, дополнительно введены новые признаки и блоки: блок завязки и нумерации следов, блок вычисления площади следов, блок стробирования выбросов, блок измерения максимального отсчета выброса, блок формирования формуляров выбросов, блок формирования дополнительного интегрального закона распределения отсчетов, блок вычисления порога обнаружения и первое и второе пороговые устройства.
Во введенных блоках реализуются следующие операции:
В блоке завязки и нумерации следов осуществляется объединение по связности всех пикселей следов сегментации выбросов, следы выбросов нумеруются. Важно отметить, что сегментация стационаризованного ГЛИ производится на пороге более низком, чем порог, соответствующий требуемой вероятности ложных тревог на выходе обнаружителя. Следы формируются по выбросам разной природы: шумовым выбросам, формирующим поток ложных обнаружений, а также по выбросам, обусловленным точечными, локально-протяженными и протяженными объектами.
В блоке вычисления площади следов производится подсчет числа пикселей, из которых состоит след каждого выброса. Площадь следов выбросов варьируется в диапазоне от одного пикселя - для точечных объектов, до многих десятков и даже сотен пикселей для локально-протяженных и протяженных объектов.
В блоке стробирования выбросов производится стробирование стационаризованного ГЛИ признаками сегментации выбросов, после чего фрагменты ГЛИ, соответствующие выбросам, подаются на блок измерения максимальных отсчетов выбросов.
В блоке измерения максимальных отсчетов выбросов на интервале следа каждого выброса производится поиск пикселя с максимальным значением отсчета, значение максимального отсчета для каждого выброса - запоминается.
Во втором пороговом устройстве производится сравнение площадей следов выбросов с пороговым значением площади следов шумовых выбросов. Пороговое значение площади шумовых выбросов составляет 2…4 пикселя. Если площадь следа превышает пороговый уровень, то такой след соответствует выбросу, обусловленному локально-протяженному или протяженному объекту.
Решение о величине площади следа выброса, т.е. решение о классе выброса, подается на блок формирования формуляров выбросов.
Блок формирования формуляров выбросов представляет собой ОЗУ, в ячейки которого по адресам, соответствующим номерам выбросов на ГЛИ, записываются следующие характеристики выбросов:
max
- значение максимального отсчета A(k) на интервале k-го следа,
сл
- площадь S(k) k-го следа,
s
- решение о значении (классе) площади следа с выхода второго порогового устройства Г(k),
обн
- предварительное нулевое решение об обнаружении Г(k)=0 выброса.
max
обн
обн
max
обн
обн
В дальнейшем, при пороговом сравнении значения максимального отсчета выброса A(k) в первом пороговом устройстве с порогом обнаружения П, решение об обнаружении Г(k) может корректироваться - при превышении максимальным отсчетом выброса A(k) порога обнаружения П решению об обнаружении присваивается код «1», т.е. Г(k)=1.
Порог обнаружения формируется при обработке формуляров выбросов в блоках формирования дополнительного интегрального закона распределения шумовых отсчетов (ДИЗРШО) и блоке вычисления порога обнаружения.
Суть формирования порога обнаружения не зависящего от числа и интенсивности находящихся на гидролокационном изображении локально-протяженных и протяженных объектов заключается в цензурировании (отбраковке) выбросов, обусловленных локально-протяженными и протяженными объектами, и не использовании решений об обнаружении, сформированных по данным объектам, в процедуре формирования порога обнаружения.
Получение необходимого результата обеспечивается при выполнении следующих шагов (операций):
Шаг 1: Сегментация ГЛИ. Выбросы формируются на пороге сегментации заведомо более низком, чем порог обнаружения объектов, соответствующий требуемому уровню вероятности ложной тревоги (отнесенной к каждому пикселю). Благодаря более низкому уровню порога сегментации по сравнению с порогом обнаружения, все выбросы, соответствующие объектам разных классов, обнаруживающиеся на основном (высоком) пороге обнаружения, заведомо будут «обнаружены» и на пороге сегментации.
max
S
S
S
Шаг 2: Производится цензурирование (отбраковка) выбросов, площадь следа которых соответствует локально-протяженным и протяженным объектам. Для этого амплитудное значение отсчетов выбросов A(k) поразрядно логически умножается на коэффициент  / это соответствует инвертированию признаков Г(k) /, т.е. отсчеты, сформированные по шумовым выбросам и точечным объектам, для которых Г(k)=0, используются при построении гистограммы «хвоста» распределения шумовых выбросов, а отсчеты, сформированные по выбросам от локально-протяженных и протяженных объектов, для которых Г(k)=1, - зануляются (т.е. цензурируются).
Т.е. множество максимальных значений шумовых выбросов формируются в соответствии с преобразованием:
max_ш
max
S
A(k)=A(k)٭(1-Г(k)),
обнуляющим амплитуды «нешумовых» выбросов.
max_ш
Гистограмма максимальных значений отсчетов A(k) шумовых выбросов строится в диапазоне от нуля до максимального предельного значения амплитуд выбросов.
Шаг 3: Производится построение гистограммы хвоста распределения шумовых выбросов. Построение массива гистограммы реализуется в блоке формирования гистограммы.
Шаг 4: Из гистограммы в блоке формирования массива ДИЗ производится формирование дополнительного интегрального закона распределения шумовых
доп_ш
выбросов F(x).
доп_ш
Дополнительный интегральный закон F(x) распределения шумовых выбросов определяется следующим выражением:
доп_ш
ш
F(x)=1-F(x),
ш
где F(x) - интегральный закон распределения шумовых отсчетов.
доп_ш
обн
Шаг 5: Массив дополнительного интегрального закона распределения отсчетов F(x) подается в блок вычисления порога обнаружения, где производится отыскание порога обнаружения П, удовлетворяющего условию:
доп_ш
о6н
ЛТ
Г(П)=F,
ЛТ
где требуемая вероятность ложной тревоги F (поток ложных тревог) задается как внешний параметр обнаружителя.
обн
max
Шаг 6: Порог обнаружения П подается на первый (пороговый) вход первого порогового устройства, на второй вход которого подаются коды A(k) максимальных отсчетов всех выбросов (минуя операцию цензурирования). Решения об обнаружении принимаются при выполнении условия:
если
A<sub>max</sub>(k)>П<sub>обн</sub>, то Г<sub>обн</sub>(k)=1,
если
A<sub>max</sub>(k)<=П<sub>обн</sub>, то Г<sub>обн</sub>(k)=0.
обн
Значения признаков обнаружения Г(k) записываются в формуляры соответствующих выбросов.
Таким образом, введение в заявляемое устройство новых блоков и связей между ними позволяет достигнуть заявленного технического результата - обеспечения заданной вероятности ложной тревоги и исключения влияния на величину ложной тревоги объектов разных классов, находящихся на гидролокационном изображении.
Сущность изобретения поясняется фигурами, где приведено:
Фиг. 1 - структура заявляемого помехозащищенного обнаружителя сигналов обзорного гидролокатора.
Фиг. 2 - блок 2 стационаризации гидролокационного изображения по патенту РФ №2212042 [5].
Фиг. 3 - блок 3 сегментации гидролокационного изображения по патенту РФ №2219562 [6].
Фиг. 4 - блок 4 завязки и нумерации следов выбросов.
Фиг. 5 - структура виртуального гидролокационного изображения.
сгм
цн
Цифрами 1, 2, …, 8 обозначены пронумерованные следы отметок, «жирными» точками на фигуре обозначены «единичные» решения сегментации {Г(i, j)} стационаризованного ГЛИ {У(i, j)}.
Фиг. 6 - структура кодового слова следа отметки:
сгм
в первый (справа - налево) бит кодового слова записывается признак сегментации Г(i, j) для соответствующего элемента пространственной дискретизации, а в старшие разряды кодового слова записывается код номера отметки. Код номера отметки записывается во все элементы пространственной дискретизации, соответствующие следу отметки.
Фиг. 7 - блок 4.2/1 - формирователь кода номера отметки. Формирователь кода номера отметки состоит из «n» (по числу разрядов кода номера отметки) четырехвходовых элементов «ИЛИ».
Фиг. 8 - структура апертуры анализа связности решений (ААСР).
Пиксели с координатами (i-1, j+1), (i-1, j), (i-1, j-1), (i, j-1) являются «анализируемыми». Пиксель (i, j) - для него формируется и в него записывается код номера отметки.
Фиг. 9 - блок 4.2/2 - формирователь счетных импульсов C(i, j) номеров отметок и импульсов записи C(i, j) кода номера следа.
Фиг. 10 - блок 5 вычисления площади следов.
Фиг. 11 - блок 7 измерения максимального отсчета выброса.
Фиг. 12 - блок 7.2 - схема выбора максимума.
Фиг. 13 - структура формуляра выброса.
Фиг. 14 - блок 10 формирования дополнительного интегрального закона распределения шумовых отсчетов (ДИЗРШО).
Фиг. 15 - блок 10.3 формирования гистограммы дополнительного интегрального закона.
Фиг. 16 - блок 10.4 формирования функции дополнительного интегрального закона.
Фиг. 17 - блок 11 формирования порога обнаружения.
Фиг. 18 - Циклограмма работы блоков обнаружителя (синхросигналы формируются в блоке 10.5 синхронизации и управления)
На циклограмме обозначены Циклы 1, 2, 3, 4 обработки ГЛИ:
Цикл 1: Перебор адресов пикселей ГЛИ
(производится сканирование ГЛИ по курсовому углу и дальности)
Выполняемые на Цикле 1 операции:
1) Стационаризация ГЛИ (блок 2),
2) Сегментация ГЛИ (блок 3),
3) Завязка и нумерация следов (блок 4),
4) Вычисление площади следов (блок 5),
5) Стробирование выбросов следами (блок 6),
6) Измерение максимального отсчета выброса (блок 7),
7) Принятие решения о классе следа по площади следа (блок 8),
8) Формирование формуляров выбросов (блок 9),
Цикл 2: Перебор адресов выбросов ГЛИ (в блоке 9)
Выполняемые на Цикле 2 операции:
9) Формирование ДИЗРШО (блок 10),
Цикл 3: Перебор адресов ДИЗРШО / гистограммы / (в блоке 10)
Выполняемые на Цикле 3 операции:
10) Формирование порога обнаружения (блок 11),
Цикл 4: Перебор адресов выбросов ГЛИ (в блоке 9)
Выполняемые на Цикле 4 операции:
11) Пороговое сравнение (обнаружение объектов) (блок 12)
Фиг. 19 - система обработки ГЛ-информации (прототип) [7]),
где обозначено:
2 - блок стационаризации ГЛИ по патенту РФ №2212042 [5],
3 - блок сегментации ГЛИ по патенту РФ №2219562 [6],
Обнаружитель сигналов обзорного гидролокатора (фиг. 1) содержит последовательно включенные блок 2 стационаризации ГЛИ по патенту РФ №2212042 [5] и блок 3 сегментации ГЛИ по патенту РФ №2219562 [7]. На вход блока 2 подается 2-0 массив сигналов с выхода формирователя характеристик направленности (т.е. с выхода антенного датчика). В обнаружитель сигналов обзорного гидролокатора дополнительно введены последовательно включенные блок 4 завязки и нумерации следов, блок 6 стробирования выбросов, блок 7 измерения максимального отсчета выброса, блок 9 формирования формуляров выбросов, блок 10 формирования дополнительного интегрального закона распределения шумовых отсчетов, блок 11 вычисления порога обнаружения и первое 12 пороговое устройство, а также введены последовательно соединенные блок 5 вычисления площади следов и второе пороговое устройство 8, вход блока 5 вычисления площади следов соединен с первым выходом блока 4 завязки и нумерации следов, второй вход блока 9 формирования формуляров выбросов соединен с выходом блока 5 вычисления площади следов, второй выход (код номера следа) блока 4 завязки и нумерации следов соединен с третьим входом блока 9 формирования формуляров выбросов, четвертый вход которого соединен с выходом второго порогового устройства 8, на второй вход которого подается код порогового значения площади следа шумового выброса, выход блока 2 стационаризации ГЛИ соединен также со вторым входом блока 6 стробирования выбросов, второй выход блока 10 формирования дополнительного интегрального закона распределения отсчетов соединен со вторым входом блока 11 вычисления порога обнаружения, на третий вход которого подается код задаваемого потока ложных тревог, второй вход первого 12 порогового устройства соединен с выходом блока 9 формирования формуляров выбросов, выход первого 12 порогового устройства является выходом обнаружителя, синхросигналы с выхода шины синхросигналов блока 10 формирования ДИЗРШО подаются на соответствующие синхровходы блока 4 завязки и нумерации следов, блока 5 вычисления площади следов, блока 7 измерения максимального отсчета выброса.
Блок 2 стационаризации ГЛИ (фиг. 2) состоит из блока 2.2 оценки поля СКО флюктуаций ГЛИ (фактически формируется поле медиан модулей невязок /модулей второй конечной разности/), последовательно включенных блока 2.1 оценки поля средних значений (фактически формируется поле медиан), блока 2.3 вычитания и блока 2.4 деления, причем входы блока 2.1 оценки поля средних значений, блока 2.2 оценки поля СКО флюктуаций и первый вход вычитателя 2.3 объединены и являются входом блока 2 стационаризации ГЛИ, выход блока 2.2 оценки поля СКО флюктуаций ГЛИ соединен со вторым входом делителя 2.4, выход делителя 2.4 является выходом блока 2 стационаризации ГЛИ.
Блок стационаризации гидролокационного изображения реализуется по патенту РФ №2212042 [5],
Блок 3 сегментации ГЛИ изображения (фиг. 3) состоит из блока 3.1 адаптивного формирования порога сегментации и порогового устройства 3.2, первый вход порогового устройства 3.2 объединен со входом блока 3.1 адаптивного формирования порога сегментации и подключены ко входу блока 3 сегментации ГЛИ, выход блока 3.1 адаптивного формирования порога сегментации подключен к пороговому входу порогового устройства, выход порогового устройства является выходом блока сегментации ГЛИ.
Блок сегментации ГЛИ реализуется по патенту РФ №2219562 [6].
Блок 4 завязки и нумерации следов (фиг. 4) состоит из ОЗУ 4.1 виртуального ГЛИ, блока 4.2 анализа связности и логической обработки решений и счетчика 4.3 отметок, выход ОЗУ 4.1 (многоразрядная шина) виртуального ГЛИ соединен с информационным входом блока 4.2 анализа связности и логической обработки решений и с выходом блока 4 завязки и нумерации следов, информационный выход блока 4.2 анализа связности и логической обработки решений (по этой шине передается код номера отметки) соединен со входом предустановки счетчика 4.3 отметок, выход первого синхросигнала соединен со счетным входом счетчика 4.3 отметок, выход второго синхросигнала соединен со входом записи данных в счетчик 4.3 отметок, вход признака сегментации ОЗУ 4.1 виртуального ГЛИ соединен со входом признака сегментации блока 4 завязки и нумерации следов, адресные шины ОЗУ 4.1 виртуального ГЛИ по дальности «Адр i» и курсовому углу «Адр j" соединены с соответствующими (одноименными) входами блока 4 завязки и нумерации следов, вход кода номера отметки ОЗУ 4.1 виртуального ГЛИ соединен с выходом счетчика 4.3 отметок, вход управления «запись/считывание» ОЗУ 4.1 виртуального ГЛИ и синхровход блока 4.2 анализа связности и логической обработки решений объединены и подключены к первому синхровходу блока 4 завязки и нумерации следов, второй синхровход блока 4 завязки и нумерации следов соединен со входом обнуления счетчика 4.3 отметок.
Блок 5 вычисления площади следов отметок (фиг. 10) состоит из ОЗУ 5.1 площади следов, двухвходового сумматора 5.2 и регистра 5.3 хранения, выход ОЗУ 5.1 площади следов соединен с первым входом сумматора 5.2 и с выходом блока 5 вычисления площади следов, второй вход сумматора 5.2 подключен к шине «логической 1-цы», выход сумматора 5.2 подключен к информационному входу регистра 5.3 хранения, выход регистра 5.3 хранения соединен с информационным входом ОЗУ 5.1 площади следов, адресный вход ОЗУ 5.1 площади следов подключен к информационному входу блока 5 вычисления площади следов (на него подается код номера отметки), вход управления «запись/считывание» ОЗУ 5.1 площади следов и синхровход регистра 5.3 хранения объединены и подключены к первому синхровходу блока 5 вычисления площади следов, второй синхровход блока 5 вычисления площади следов соединен со входом обнуления регистра хранения.
Блок 7 измерения максимального отсчета выброса (фиг. 11) состоит из ОЗУ 7.1 максимальных отсчетов выбросов, схемы 7.2 выбора максимума и регистра 7.3 хранения, выход ОЗУ 7.1 соединен с первым входом схемы 7.2 выбора максимума и с выходом блока 7 измерения максимального отсчета выброса, второй вход схемы 7.2 выбора максимума подключен к информационному входу блока 7 измерения максимального отсчета выброса, выход блока 7 измерения максимального отсчета выброса подключен к выходу ОЗУ 7.1, выход регистра 7.3 хранения соединен с информационным входом ОЗУ 7.1 максимальных отсчетов выбросов, адресный вход ОЗУ 7.1 максимальных отсчетов выбросов подключен к адресному входу блока 7 измерения максимального отсчета выброса, вход управления «запись/считывание» ОЗУ 7.1 площади следов и синхровход регистра 7.3 хранения объединены и подключены к первому синхровходу блока 7 измерения максимального отсчета выброса, второй синхровход блока 7 измерения максимального отсчета выброса соединен со входом обнуления регистра 7.3 хранения.
Схема выбора максимума 7.2 (фиг 12) состоит из компаратора 7.2/1 и двухвходового мультиплексора 7.2/2, выход компаратора 7.2/1 соединен с адресным входом мультиплексора 7.2/2, первые входы компаратора 7.2/1 и мультиплексора 7.2/2 объединены и подключены к первому входу схемы выбора максимума 7.2, вторые входы компаратора 7.2/1 и мультиплексора 7.2/2 объединены и подключены ко второму входу схемы выбора максимума 7.2, выход мультиплексора 7.2/2 подключен к выходу схемы выбора максимума 7.2.
Блок 10 формирования дополнительного интегрального закона распределения шумовых отсчетов (ДИЗРШО) (фиг. 14) состоит из последовательно соединенных блока 10.1 формирования номера коридора гистограммы, коммутатора 10.2, блока 10.3 формирования гистограммы и блока 10.4 формирования массива дополнительного интегрального закона (ДИЗ), второй вход коммутатора 10.2 и третий вход блока 10.4 формирования массива дополнительного интегрального закона соединены с выходом «адрес ОЗУ-гистограммы» блока 10.5 синхронизации и управления, выход «адрес коммутатора» блока 10.5 синхронизации и управления соединен с адресным входом коммутатора 10.2, второй вход блока 10.3 формирования гистограммы соединен с выходом «обнуление ОЗУ гистограммы» блока 10.5 синхронизации и управления, выход тактовых импульсов блока 10.5 синхронизации и управления соединен соответственно с третьим входом блока 10.3 формирования гистограмм и вторым входом блока 10.4 формирования массива дополнительного интегрального закона, выход сигнала «запись/считывание ОЗУ дополнительного интегрального закона» блока 10.5 синхронизации и управления соединен с четвертым входом блока 10.4 формирования массива ДИЗ, выход сигнала «обнуление ОЗУ ДИЗ» блока 10.5 синхронизации и управления соединен с пятым входом блока 10.4 формирования массива дополнительного интегрального закона, вход блока 10.1 формирования номера коридора гистограммы и выход блока 10.4 формирования массива дополнительного интегрального закона являются соответственно входом и первым выходом блока 10.4 формирования дополнительного интегрального закона распределения отсчетов, второй выход блока 10.4 формирования дополнительного интегрального закона распределения отсчетов соединен с выходом «адрес ОЗУ-гистограммы» блока 10.5 синхронизации и управления, синхросигналы с выхода шины синхросигналов блока 10 формирования ДИЗРШО подаются на соответствующие синхровходы блока 4 завязки и нумерации следов, блока 5 вычисления площади следов, блока 7 измерения максимального отсчета выброса.
Блок 10.3 формирования гистограммы дополнительного интегрального закона (фиг. 15) состоит из последовательно включенных ОЗУ гистограммы 10.3/1, двухвходового сумматора 10.3/2, регистра 10.3/3 хранения, выход регистра 10.3/3 хранения соединен с информационным входом ОЗУ гистограмм 10.3/1, адресный вход ОЗУ гистограмм 10.3/1 является первым входом (информационным входом) блока 10.3 формирования гистограммы дополнительного интегрального закона, второй вход сумматора 10.3/2 соединен с шиной «логической 1-цы», второй вход блока 10.3 формирования гистограммы дополнительного интегрального закона соединен с третьим входом (входом обнуления) регистра 10.3/3 хранения, третий вход блока 10.3 формирования гистограммы дополнительного интегрального закона соединен с третьим входом (входом управления «запись/считывание») ОЗУ гистограммы 10.3/1 и вторым входом (входом синхронизации) регистра 10.3/3 хранения, выход ОЗУ гистограммы 10.3/1 соединен с выходом блока 10.3 формирования гистограммы дополнительного интегрального закона.
Блок 10.4 формирования массива дополнительного интегрального закона (ДИЗ) (фиг. 16) состоит из двухвходового сумматора 10.4/1, регистра 10.4/2 хранения и ОЗУ 10.4/3 дополнительного интегрального закона, первый вход сумматора 10.4/1 соединен с первым входом блока 10.4 формирования массива ДИЗ, выход двухвходового сумматора 10.4/1 подключен к информационным входам регистра 10.4/2 хранения и ОЗУ 10.4/3 ДИЗ, выход регистра 10.4/2 хранения соединен со вторым входом двухвходового 10.4/1 сумматора, выход ОЗУ 10.4/3 ДИЗ соединен с выходом блока 10.4 формирования массива ДИЗ, второй вход блока 10.4 формирования массива ДИЗ соединен со входом синхронизации регистра 10.4/2 хранения, третий вход блока 10.4 формирования массива ДИЗ соединен с адресным входом ОЗУ 10.4/3 ДИЗ, четвертый вход блока 10.4 формирования массива ДИЗ соединен со входом «запись/считывание» ОЗУ 10.4/3 ДИЗ, пятый вход блока 10.4 формирования массива ДИЗ соединен со входом «обнуление» регистра 10.4/2 хранения.
Блок 11 вычисления порога обнаружения (фиг. 17) состоит из цифрового компаратора 11.1 и регистра 11.2 хранения, выход цифрового компаратора 11.1 соединен со входом синхронизации регистра 11.2 хранения, информационный вход регистра 11.2 хранения соединен со вторым входом блока 11 вычисления порога обнаружения, выход регистра 11.2 хранения подключен к выходу блока 11 вычисления порога обнаружения, первый вход цифрового компаратора 11.1 соединен с третьим входом блока 11 вычисления порога обнаружения (на него подается код задаваемого потока ложных тревог), второй вход цифрового компаратора 11.1 соединен с первым входом блока 11 вычисления порога обнаружения (на него подается массив ДИЗ с блока формирования ДИЗРШО).
На фиг. 18 приведена циклограмма работы всех блоков помехозащищенного обнаружителя.
Техническим результатом, достигаемым в заявляемом устройстве, является обеспечение заданной (требуемой) вероятности ложной тревоги и исключение влияния на величину ложной тревоги находящихся на локационном изображении объектов разных классов.
Помехозащищенный обнаружитель сигналов работает следующим образом.
На вход обнаружителя подается 2-D массив (поле) гидролокационного изображения {У(i, j)}. В большинстве практических приложений массив гидролокационных сигналов является нестационарным по среднему значению и по дисперсии нестационарным полем. Кроме того, на гидролокационном изображении могут быть обусловленные объектами разных классов неоднородности различных размеров и интенсивности (см. фиг. 5). При обнаружении на ГЛИ объектов и формировании порога обнаружения используются алгоритмы стационаризации локационного изображения, реализуемые блоком 2 (фиг. 1).
Структура блока 2 стационаризации локационного изображения приведена на фиг. 2.
Блок стационаризации ГЛИ состоит из последовательно включенных блока 2.1 оценки поля средних значений (локальных медиан), блока 2.3 вычитания, блока 2.4 деления и блока оценки поля СКО флюктуаций ГЛИ (локальных медиан модуля невязок), причем входы блока 2.1 оценки поля средних значений, блока 2.1 оценки поля СКО флюктуаций и первый вход вычитателя 2.3 объединены и являются входом блока стационаризации ГЛИ, выход блока 2.2 оценки поля СКО флюктуаций ГЛИ соединен со вторым входом делителя 2.4, выход делителя 2.4 является выходом блока 2 стационаризации ГЛИ.
Определим поля, обрабатываемые блоками 2.1…2.4 блока 2 стационаризации ГЛИ.
{У(i, j)} - 2-D массив (поле) локационного изображения на входе блока стационаризации ГЛИ (формируется на выходе антенного датчика),
у
{m(i, j)} - поле на выходе блока 2.1 оценки текущих средних значений локационного изображения {У(i, j)}),
у
σ(i, j)} - поле на выходе блока 2.2 оценки текущего СКО флюктуаций локационного изображения {У(i, j)},
На выходе блока 2.3 вычитания формируется разность
ц
у
{У(i, j)}={У(1, j)}-{m(i, j)},
ц
т.е. в блоке 2.3 выполняется операция центрирования, в результате которой формируется поле {У(i, j)}.
ц
Поле {У(i, j)} является стационарным полем по среднему значению.
На выходе блока 2.4 деления формируется центрированное и нормированное на СКО флюктуаций ГЛИ поле
цн
ц
у
{У(i, j)}={У(i, j)}/{σ(i, j)},
ц
цн
т.е. в блоке 2.4 выполняется операция «попиксельного» нормирования центрированного поля {У(i, j)} на поле СКО флюктуаций, в результате которой формируется стационаризованное поле {У(i,j)},
цн
Поле {У(i, j)}, является стационарным по среднему значению и дисперсии.
У
У
Для обеспечения устойчивости оценок {m(i, j)} и {σ(i, j)} (или их аналогов-эквивалентов) в патенте РФ №2212042 [5] используются нелинейные оценки - оценка скользящей медианы при оценке параметра положения распределения (вместо скользящего среднего), и оценка скользящей медианы модуля вторых конечных разностей (невязок) при оценке параметра размаха (вместо скользящего СКО флюктуаций).
цн
Стационаризованное поле {У(i, j)} с выхода блока 2 (см. фиг. 1) подается на вход блока 3 сегментации гидролокационного изображения и на второй вход блока 6 стробирования выбросов.
сгм
Блок 3 сегментации ГЛИ реализуется по патенту РФ №2219562 [6] и состоит из блока 3.1 адаптивного формирования порога П(i, j) сегментации и порогового устройства 3.2.
сгм
На выходе блока 3 сегментации при обработке ГЛИ формируется поле решений сегментации {Г(i, j)}:
цн
сгм
сгм
при У(i, j)>П(i, j), Г(i, j)=1,
цн
сгм
сгм
при У(i, j)<=П(i, j), Г(i, j)=0,
сгм
сгм
сгм
сгм
сгм
Поле решений сегментации {Г(i, j)} на выходе блока 3 сканируется по курсовому углу и дальности (на фиг. 5 - по вертикали и горизонтали соответственно) и записывается в блок 4 завязки и нумерации следов в младший разряд ОЗУ 4.1 виртуального ГЛИ. Структура поля решений сегментации {Г(i, j)} на виртуальном ГЛИ приведена на фигуре 5. Жирными точками на фиг. 5 обозначены единичные решения Г(i, j)=1, принятые по выбросам, обусловленным шумами и объектами разных классов. Структура кодового слова виртуального ГЛИ, формируемого при обработке поля решений сегментации {Г(i, j)}, приведена на фигуре 6. В младший разряд кодового слова записано решение сегментации для текущего пикселя, а в «n» старших разрядов записывается номер следа отметки. При формировании виртуального ГЛИ (фигура 5) номер следа отметки записывается в старшие разряды кодового слова в каждый пиксель, входящий в состав данного следа. В пикселях, в которых решение сегментации Г(i, j)=0, все разряды кодового слова равны 0.
сгм
Под следом отметки понимается совокупность рядом расположенных пикселей (без разрывов между пикселями), в которых для данного выброса (отметки) принято решение Г(·,·)=1.
На фигуре 5 на виртуальном ГЛИ приведены следы отметок. Цифрами 1, 4, 6, 8 обозначены следы точечных отметок (выбросов). Цифрами 2, 3, 5, 7 обозначены следы локально-протяженных и протяженных отметок (выбросов).
Блок 4.2 анализа связности и логической обработки решений сегментации состоит из апертуры анализа связности решений (фиг. 8), блока 4.2/1 формирования кода номера отметки (фиг. 7), блока 4.2/2 формирования счетных импульсов номеров отметок и импульсов записи кода номера следа в счетчик 4.3.
Блок 4 завязки и нумерации следов работает следующим образом:
сгм
- производится попиксельная запись поля решений сегментации {Г(i, j)} с выхода блока 3 сегментации в ОЗУ виртуального ГЛИ 4.1 блока 4 завязки и нумерации следов,
сгм
- производится попиксельное считывание поля решений сегментации {Г(i, j)} из ОЗУ виртуального ГЛИ 4.1 блока завязки и нумерации следов. Сканирование поля виртуального ГЛИ производится по координате курсового угла (перебор пикселей по вертикали на фигуре 5 /внутренний цикл/) и дальности (перебор столбцов по горизонтали на фигуре 5 /внешний цикл/). Первоначально в поле виртуального ГЛИ заполнен только младший разряд кодовых слов, соответствующий решениям о сегментации ГЛИ,
сгм
сгм
- по считываемому полю решений сегментации {Г(i, j)} сканирует апертура анализа связности решений. Структура апертуры анализа связности решений (ААСР) приведена на фигуре 8. Кружками на апертуре анализа связности решений показаны пиксели параллельного (одновременного) доступа. Во всех пикселях ААСР производится анализ наличия в младшем разряде кодового слова следа отметки (см. фигуру 6) единичных решений сегментации Г(·,·)=1. При анализе виртуального ГЛИ в пиксель ААСР с координатами (i, j) в старшие разряды кодового слова производится запись номера следа выброса (отметки), формируемого в счетчике 4.3 отметок,
- первоначально на виртуальном ГЛИ разряды кодовых слов следов отметок, соответствующие номерам следов отметок, обнулены. При сканировании ААСР виртуального ГЛИ снизу-вверх, слева-направо (см. фигуру 5) единичное решение о сегментации, соответствующее какому-либо следу, первоначально попадает в пиксель с координатами (i, j). Во всех остальных пикселях ААСР (см. фигуру 8) в младшем и остальных битах кодовых слов следа отметки записаны нули. Дешифрирование этой ситуации осуществляется в блоке 4.2/2 - формирователе счетных импульсов номеров отметок и импульсов записи кода номера отметок в счетчик (см. фиг. 9).
- при первом «вхождении» крайнего пикселя новой отметки в ААСР данная ситуация дешифрируется блоком 4.2/2 (фиг. 9), при этом формируется счетный импульс счетчика C(i, j), который подается на счетный вход «C» счетчика 4.3 (фиг. 4). Код номера отметки увеличивается на 1-цу и этот код записывается в старшие разряды кодового слова следа отметки (фиг. 6) в пиксель с координатами (i, j) /см. темно-серый пиксель на фиг. 8/. Для точечных отметок, состоящих из одного пикселя, формирование следа отметки на этом заканчивается. Нужно отметить, что счетный импульс счетчика C(i, j) формируется только один раз при первом вхождении следа отметки в ААСР,
сл
сл
- для следов отметок, состоящих из нескольких пикселей, последующие вхождения первого «пронумерованного» пикселя с (i, j)-координатами в ААСР возможны только в «другие» пиксели ААСР по отношению к пикселю "i, j" (на фиг. 8 эти четыре пикселя обозначены светло-серым цветом). При этом в блоке 4.2/1 формирования кода номера отметки (фиг.7) из «других» пикселей ААСР считывается код номера отметки (n разрядов) и по импульсу записи Cз(i, j), формируемом в блоке 4.2/2 формирователе счетных импульсов номеров отметок и импульсов записи кода номера следа в счетчик (фиг. 9), производится запись в счетчик 4.3 (фиг. 4) по входу предварительной установки DI кода номера следа N. В этом режиме счетчик 4.3 работает как регистр хранения. С выхода счетчика код номера следа N записывается в ОЗУ 4.1 в текущий «другой» пиксель следа отметки, который в данный момент расположен в правом верхнем пикселе ААСР. В итоге при реализации данного алгоритма «считывания-перезаписи» осуществляется «распространение» кода номера отметки на все пиксели, принадлежащие данному следу.
Таким образом, после обработки виртуального ГЛИ (фиг. 5) все пиксели, принадлежащие следам отметок, благодаря обработке их в блоке 4 завязки и нумерации отметок, приобретают уникальные номера, соответствующие номерам следов отметок (на фиг. 5 следы отметок пронумерованы цифрами 1…8).
сл
В этом и состоит суть работы блока 4 завязки и нумерации следов. На выходе блока 4 формируется виртуальное ГЛИ, во всех ячейках которого записываются кодовые слова {C(i, J|k)} (см. фиг. 6) соответствующих следов отметок. Применительно к фигуре 5, во всех пикселях, помеченных жирнымы точками, будут записаны кодовые слова, структура которых соответствует фиг. 6. Во всех остальных пикселях виртуального ГЛИ будут записаны нули.
Блок 5 вычисления площади следов отметок (выбросов) представлен на фигуре 10 и работает следующим образом:
При обработке ГЛИ первоначально все ячейки ОЗУ площадей следов 5.1 и регистр хранения 5.3 обнулены. На информационный вход блока 5 вычисления площади следов (т.е. на адресный вход ОЗУ 5.1 площади следов) подаются кодовые слова следов отметок Сл(i, j|k). Все пиксели конкретного следа отметки имеют единый код, соответствующий номеру следа отметки (см. фигуру 6).
сл
При сканировании поля ГЛИ, т.е. при переборе адресов (кодов) пикселей ГЛИ, при попадании на пиксель ГЛИ, соответствующий следу какой-нибудь отметки, по коду номера следа отметки происходит обращение к соответствующей ячейке ОЗУ 5.1. Например, по выбранному адресу «к» ОЗУ 5.1 площадей следов отметок производится считывание содержимого ячейки «к» и к нему в сумматоре 5.2 прибавляется 1-ца. Полученное число фиксируется в регистре 5.3 (регистр-защелка) и записывается в эту же k-ю ячейку ОЗУ 5.1. При сканировании ГЛИ и последовательном «пробегании» всех пикселей ГЛИ с окончанием каждой отметки в соответствующих ячейках ОЗУ 5.1 будут сформированы (записаны) числа, соответствующие площадям отметок S(k).
Описанная процедура формирования площади отметки соответствует выполнению следующего рекурсивного алгоритма:
сл
сл
S(p|k)=S(p-1|k)+1,
где p - номер обращения к k-ой ячейке ОЗУ 5.1.
Нулевой шаг (обнуление ячеек ОЗУ 5.1) соответствует условию:
сл
S(p=0|k)=0.
цн
сгм
Блок 6 стробирования выбросов представляет собой многоразрядную схему логического умножения (схема «И»), в которой для каждого пикселя ГЛИ (i, j) производится порязрядное логическое умножение кодов поля {У(i, j)} с выхода блока 2 стационаризации ГЛИ (см. фигуру 1) на код (1 или 0) поля сегментации {Г(i, j)}. Код поля сегментации записан в младшем разряде кодового слова следа отметки (см. фигуру 6).
вбр
цн
Т.е. поле выбросов {У(i, j) формируется на выходе блока 6 стробирования выбросов из поля {У(i, j} с выхода блока 2 центрирования и нормирования согласно выражению:
,
где (m) - номер разряда соответствующих операндов.
Блок 7 измерения максимального отсчета выброса представлен на фигуре 11 и работает следующим образом:
При обработке ГЛИ первоначально все ячейки ОЗУ 7.1 максимальных отсчетов выбросов и регистр-хранения 7.3 обнулены. На адресный вход блока 7 измерения максимального отсчета выброса (т.е. на адресный вход ОЗУ 7.1 максимальных отсчетов выбросов) подаются кодовые слова следов отметок Сл(i, j|k). Все пиксели конкретного следа отметки имеют единый код, соответствующий номеру следа отметки (см. фигуру 6).
При сканировании поля ГЛИ, т.е. при переборе адресов (кодов) пикселей ГЛИ, при попадании на пиксель ГЛИ, соответствующий следу какой-нибудь отметки, по коду номера следа отметки происходит обращение к соответствующей ячейке ОЗУ 7.1 максимальных отсчетов выбросов.
вбр
max
Например, по выбранному адресу «k» ОЗУ 7.1 измерения максимального отсчета выброса производится считывание содержимого ячейки «k», в схеме 7.2 выбора максимума этот код сравнивается со значением кода У(i, j) в данном (i, j)-м пикселе, максимальный их двух кодов поступает на выход схемы 7.2 выбора максимума, фиксируется в регистре 7.3 (регистр-защелка) и записывается в эту же k-ю ячейку ОЗУ 7.1 максимальных отсчетов выбросов. При сканировании ГЛИ и последовательном «пробегании» всех пикселей ГЛИ с окончанием каждой отметки в ячейках ОЗУ 7.1 будут сформированы (записаны) числа, соответствующие максимальным отсчетам A(k) для каждого выброса.
Описанная процедура формирования максимальных отсчетов выбросов для следов всех отметок на ГЛИ, выполняется согласно следующему рекурсивному алгоритму:
max
max
вбр
A(p|k)=Max{A(p-1|k), У(1, j)},
где p - номер обращения к k-ой ячейке ОЗУ 7.1,
Max{·, ·} - процедура выбора максимального из двух операндов.
Нулевой шаг (обнуление ячеек ОЗУ 7.1) соответствует условию:
max
A(p=0|k)=0.
На фигуре 12 приведена структура схемы 7.2 выбора максимума. Схема 7.2 выбора максимума состоит из двухвходового компаратора 7.2/1 и мультиплексора 7.2/2. Подача максимального операнда на выход мультиплексора (независимо от того, на какой вход схемы выбора максимума подан максимальный операнд) осуществляется под управлением компаратора 7.2/1.
сл
Sсл
Блок 8 «Пороговое устройство-2» представляет собой цифровой компаратор, на первый вход которого подается код следа отметки S(k) с выхода блока 5 вычисления площади следов, на второй вход «Порогового устройства-2» 8 подается значение порога площади шумового следа П.
Решения о классификации отметки по площади следа принимаются при выполнении условия:
сл
Sсл
S
если S(k)>П, то Г(k)=1 (отметка не точечная),
сл
Sсл
S
если S(k)<=П, то Г(k)=0 (отметка точечная).
S
Значения признаков класса Г(k) отметки записываются в формуляры соответствующих выбросов.
вбр
max
сл
S
max
вбр
ОБН
обн
Блок 9 - блок формирования формуляров выбросов. В данном блоке собираются в единый формуляр выброса разные характеристики выбросов. Структура формуляров выбросов представлена на фигуре 13. В формуляр k-го выброса Φ(k) входят: значение максимального отсчета A(k) на интервале следа выброса, площадь следа S(k) выброса, решение о классе Г(k) отметки. После обработки поля A(k) формуляра выброса в «Пороговом устройстве-1» (блок 12 на фигуре 1) в крайний левый бит формуляра выброса (см. фигуру 13) Φ(k) записывается признак обнаружения Г(k) k-го выброса на пороге П обнаружения отметок (объектов).
Формуляры выбросов по мере их формирования записываются в ОЗУ формуляров выбросов (оно является элементом блока 9 формирования формуляров выбросов).
Блок 10 формирования дополнительного интегрального закона распределения шумовых отсчетов /ДИЗРШО/ (см. фиг. 14) состоит из последовательно соединенных блока 10.1 формирования номера коридора гистограммы, коммутатора 10.2, блока формирования гистограммы 10.3 и блока 10.4 формирования массива дополнительного интегрального закона. В блок 10 входит также блок 10.5 синхронизации и управления, в котором формируются синхросигналы, используемые как в блоке 10 формирования ДИЗШРО (см. фиг. 14), так и в блоках 4, 5, 7 (см. связи блока 10 с блоками 4, 5, 7 на фиг. 1).
На фиг. 15 представлена структура блока 10.3 формирования гистограммы дополнительного интегрального закона распределения отсчетов.
Блок 10.3 формирования гистограммы состоит из последовательно включенных ОЗУ гистограммы 10.3/1, двухвходового сумматора 10.3/2, на второй вход которого подана 1-ца, и регистра хранения 10.3/3.
На фиг. 16 представлена структура блока 10.4 формирования массива дополнительного интегрального закона.
Блок 10.4 формирования массива дополнительного интегрального закона состоит из накапливающего сумматора, образованного последовательно включенными двухвходовым сумматором 10.4/1, регистром хранения 10.4/2 и ОЗУ дополнительного интегрального закона 10.4/3.
Работа блока 10 осуществляется в несколько шагов.
max_ш
цн
Шаг 1: Формирование гистограммы распределения максимальных отсчетов шумовых A(k) выбросов стационаризованного ГЛИ {У(i, j)} с выхода блока 7 (фиг. 1).
- перебираются адреса ОЗУ формуляров выбросов в блоке 9 (см. фиг. 1).
max
- из формуляров выбросов считываются значения A(k) максимальных отсчетов выбросов (в двоичном коде),
- в блоке 10.1 на первом этапе обработки данных производится отбраковка (цензурирование) амплитудных значений выбросов, сформированных локально-протяженными и протяженными объектами.
max
S
S
Для этого коды амплитудных значений отсчетов выбросов A(k) поразрядно умножаются на инвертированное решение , т.е. отсчеты, сформированные по шумовым выбросам и точечным объектам, для которых Г(k)=0 и соответственно , используются при построении гистограммы «хвоста» распределения шумовых выбросов, а отсчеты, сформированные по выбросам от локально-протяженных и протяженных объектов, для которых Г(k)=1 и соответственно , - зануляются (т.е. цензурируются).
Т.е. максимальные значения шумовых выбросов формируются в соответствии с преобразованием
,
где (m) - номер разряда соответствующих операндов, & - знак логического умножения.
max_ш
- в блоке 10.1 на втором этапе обработки данных коды шумовых выбросов A(k) подаются на формирователь номера коридора гистограммы.
max_ш
При формировании номера коридора гистограммы в блоке 10.1 производится округление кодов отсчетов A(k) до разрядности, определяемой числом коридоров гистограммы распределения, формируемой в блоке 10.3. Коды на выходе блока 10.1 формирования номера коридора гистограммы являются адресами ОЗУ гистограммы 10.3/1.
max_ш
max_ш
Округление кодов A(k) может быть реализовано либо путем сдвига разрядов в разрядной сетке, либо путем перекодировки чисел в постоянном запоминающем устройстве, выполняющем функцию шифратора. В частном и наиболее простом случае процедура округления кодов отсчетов A(k) может отсутствовать.
При выполнении «Шага 1» на адресный вход коммутатора 10.2 (фиг. 14) с блока 10.5 синхронизации и управления подается «логический 0» и коды адресов ОЗУ передаются со входа 1 на выход коммутатора. В этом случае кодами адресов ОЗУ 10.3/1 гистограммы являются сформированные в блоке 10.1 коды номеров коридоров гистограммы.
max
В блоке 10.3 формирования гистограммы при обработке каждого отсчета A(k) значение накопленной суммы в дифференциальном коридоре гистограммы, соответствующем значению отсчета, увеличивается на 1-цу.
max
По окончании обработки всего множества {A(k)} максимальных отсчетов выбросов, т.е. по окончанию перебора адресов ОЗУ формуляров выбросов блока 9, цикл формирования гистограммы шумовых выбросов заканчивается.
max_ш
В ОЗУ гистограммы 10.3/1 (на фиг. 15) оказывается сформированной ненормированная гистограмма W(m) отсчетов ГЛИ {A(k)}, где m - номер дифференциального коридора гистограммы.
Шаг 2:
Работа блока 10.3: производится считывание гистограммы из ОЗУ гистограммы 10.3/1 и обнуление ОЗУ гистограммы (фиг. 15).
В этой фазе обработки («Шаг 2») на адресный вход коммутатора 10.2 (фиг. 14) с блока 10.5 синхронизации и управления подается логическая 1-ца и коммутатор 10.2 передает коды адресов ОЗУ со входа 2 на выход.
доп_ш
max_ш
Адреса блока 10.3/1 ОЗУ гистограммы перебираются в обратном порядке - с максимального кода к минимальному коду (т.е. с кода 111…11 к коду 000…00). Такой обратный порядок перебора адресов обеспечивает в блоке 10.4 формирование функции F(x) дополнительного интегрального закона распределения шумовых отсчетов {A(k)}.
Для каждого значения адреса ОЗУ гистограммы 10.3/1 под управлением сигналов «запись/считывание» WE производится:
* считывание значения кода гистограммы в соответствующем дифференциальном коридоре и передача кода на выход блока 10.3,
* запись нуля в данную ячейку ОЗУ гистограммы 10.3/1.
Считывание кода осуществляется в первой половине интервала удержания текущего кода адреса ОЗУ, а запись нуля в соответствующую ячейку - во вторую половину интервала удержания кода адреса ОЗУ гистограммы 10.3/1.
Работа блока 10.4: формирование массива дополнительного интегрального закона.
Блок 10.4 (фигура 16) состоит из двухвходового сумматора 10.4/1, регистра хранения 10.4/2 и ОЗУ 10.4/3 дополнительного интегрального распределения. Двухвходовый сумматор 10.4/1 и регистр хранения 10.4/2 образуют накапливающий сумматор, выходом которого является выход сумматора 10.4/1.
доп_ш
max_ш
доп_ш
max_ш
При считывании гистограммы из блока 10.3 ее отсчеты поступают на вход накапливающего сумматора (он образован блоками 10.4/1 и 10.4/2 на фиг.16), на выходе которого формируется дополнительный интегральный закон F(x) максимальных отсчетов {A(k)} шумовых выбросов стационаризованного ГЛИ. Сформированный на выходе блока 10.4/1 дополнительный интегральный закон F(x) шумовых отсчетов {A(k)} записывается в ОЗУ ДИЗ 10.4/3.
Работа блока 11 вычисления порога обнаружения (см. фиг. 1):
доп_ш
На первый вход блока 11 вычисления порога обнаружения (фиг. 1) подается функция дополнительного интегрального закона распределения отсчетов F(x) шумовых выбросов с первого выхода блока 10.
Перебираются адреса ОЗУ ДИЗ 10.4/3 и производится считывание дополнительного интегрального закона из ОЗУ ДИЗ (блок 10.4/3 на фиг. 16).
На первый вход компаратора 11.1 (фиг. 17, вход «A» компаратора) подается код, соответствующий требуемому числу ложных тревог на гидролокационном изображении:
ЛТ
ЛТ
pix
N=F*N,
ЛТ
pix
ЛТ
доп_ш
где: F - вероятность ложной тревоги (отнесенная к пикселю), N - число пикселей на гидролокационном изображении, N - число (поток) ложных тревог на гидролокационном изображении. На второй вход компаратора 11.1 (фиг. 17, вход «B» компаратора) подается функция дополнительного интегрального закона распределения шумовых отсчетов F(x) с первого выхода блока 10. При достижении равенства значений
доп_ш
ЛТ
F(x)=F,
обн
на выходе компаратора 11.1 формируется импульс, по которому код адреса ОЗУ гистограммы записывается в регистр хранения 11.2 (фиг. 17). Этот код равен порогу обнаружения П при заданной вероятности, т.е.
доп_ш
обн
ЛТ
F(П)=F,
Работа блока 12 «Порогового устройства-1» (см. фиг. 1):
обн
max
Порог обнаружения П подается на первый (пороговый) вход первого 12 порогового устройства (фиг.1), на второй вход которого подаются коды A(k) максимальных отсчетов нецензурированных выбросов при считывании формуляров выбросов с блока 9 формирования формуляров выбросов. Решения об обнаружении объекта принимаются при выполнении условия:
если
A<sub>max</sub>(k)>П<sub>обн</sub>, то Г<sub>обн</sub>(k)=1,
если
A<sub>max</sub>(k)<=П<sub>обн</sub>, то Г<sub>обн</sub>(k)=0.
0бн
вбр
Значения признаков обнаружения Г(k) записываются в формуляры Φ(k) соответствующих выбросов.
Таким образом, введение в заявляемое устройство новых блоков и связей между ними позволяет достигнуть заявленного технического результата - обеспечения заданной вероятности ложной тревоги и исключения влияния на величину ложной тревоги объектов разных классов, находящихся на локационном изображении.
Список использованных источников
[1]. Обнаружитель сигналов. Авт. свид. СССР №592254 от 24.11.75. Бабанов А.А., Козлов Н.Н., Корнеев Ю.А., Мазин Ю.В. (аналог)
[2]. Устройство обнаружения сигналов. Авт. свид. СССР №1443611 от 09.01.87. Ефимов Б.П., Козлов Н.Н., Корнеев Ю.А., Красных Д.Ю., Мяльк Р.А. (аналог)
[3]. Обнаружитель импульсных сигналов. Авт. свид. СССР №1470066 от 09.01.87. Захаренков Д.В., Иванов Г.В., Козлов Н.Н., Корнеев Ю.А., Шумилин Д.В. (аналог)
[4]. Обнаружитель сигналов. Авт. свид. СССР №1626885 от 23.12.87. Ефимов Б.П., Козлов Н.Н., Корнеев Ю.А., Петере О.О., Шумилин Д.В. (аналог)
[5]. Устройство обработки локационного изображения. Патент РФ №2212042 от 10.09.2003 г. Казаков Б.М., Войтов А.А., Корнеев Ю.А., Мяльк Р.А., Антохин Е.А. (аналог)
[6]. Устройство сегментации локационного изображения. Патент РФ №2219562 от 20.12.2003 г. Казаков Б.М., Войтов А.А., Корнеев Ю.А., Мяльк Р.А., Антохин Е.А. (аналог)
[7]. Проблемы сопровождения объектов в гидролокаторах освещения ближней обстановки. А.А. Войтов, А.Ю. Корнеев, Ю.А. Корнеев // Труды XI Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». - СПб.: Наука, 2012. - 504 с. (стр. 59-63), рис. 1 на стр. 60 (прототип).