СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ КЛАССИФИКАЦИИ ГИДРОЛОКАТОРА БЛИЖНЕГО ДЕЙСТВИЯ
AUTOMATIC CLASSIFICATION SYSTEM OF SHORT-RANGE HYDROLOCATOR

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем автоматической и автоматизированной классификации морских объектов, применительно к гидролокационным станциям ближнего действия.
Известны устройства обнаружения и классификации эхо-сигнала от объекта, основанные на приеме эхосигнала гидролокатора на фоне шумов и помех в среде, преобразование акустического сигнала в электрический гидроакустической антенной, определении энергетического спектра электрического процесса на выходе гидроакустической антенны, представляющего собой смесь электрического сигнала и нормальной стационарной шумовой помехи, изложенные, например, в работе. Евтютов Е.С. и Митько В.Б. "Примеры инженерных расчетов в гидроакустике", - Судостроение, 1981 г., стр.77. Устройство содержат блок-спектральный анализ этого процесса, блок-детектирование спектральных составляющих, интегратор огибающей процесса и блок-обнаружение сигнала при сравнении с порогом. При этом в качестве классификационного признака эхосигнала выбирается превышение уровня эхосигнала над уровнем помехи. Классификация осуществляется на классы: эхосигнал и помеха.
Подобные устройства приведены в "Справочнике по гидроакустике", Судостроение, 1988 г., стр.27. При этом под спектральным анализом понимают, как правило, полосовую фильтрацию, выделяющую основную энергию электрического процесса. При использовании цифровой техники в качестве спектрального анализа применяют процессоры быстрого преобразования Фурье (БПФ), которые обеспечивают выделение и измерение энергетического спектра шумового электрического процесса ("Применение цифровой обработки сигналов", М.: Мир, 1990 г., стр.296). По величине смещения спектра эхосигнала классифицируется цель на классы: подвижная и неподвижная. Решение о наличии эхосигнала от цели принимается при превышении порога и по смещению спектра цели относительно спектра излученного сигнала. Этот способ применим в системах с использованием длительных зондирующих сигналов, и не может быть использован при применении зондирующих сигналов с короткой длительностью. В гидролокаторах освящения ближней обстановки, как правило, используются сигналы короткой длительности и для классификации может быть использована информация, которая предоставляется эхосигналами на основании пространственных и временных особенностях классифицируемых объектов.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является аппаратура рыбопоискового гидролокатора «Угорь», имеющего режим одновременного кругового обзора Тикунов А.И. «Рыбопоисковые приборы и комплексы». - Л.: Судостроение, 1989 г., стр. 140-153, который может обнаруживать эхосигнал на фоне нормального стационарного шума, но автоматически классифицировать обнаруженные объекты не может.
В состав гидролокатора входит приемная и излучающая гидроакустическая антенна, коммутатор приема передачи, генераторное устройство, тракт приема, включающий аппаратуру полосовой фильтрации и предварительную обработки принятых сигналов и пульт управления с электронным индикатором. В гидролокаторе «Угорь» в режиме одновременного кругового обзора антенна ненаправленно излучает акустические зондирующие сигналы в горизонтальной плоскости, в режиме приема осуществляется электронное круговое сканирование диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, прием сигнала в каждом направлении, обработка сигнала в каждом направлении и вывод информации на дисплей для принятия решения оператором.
Недостатком рассматриваемого гидролокатора является невозможность классификации обнаруженных целей. Обнаружение сигнала производится либо оператором по информации, предоставляемой на индикаторе, либо при сравнении амплитуды эхосигнала с порогом в направлении цели в соответствии с выбранными критериями относительно нормальной стационарной помехи. Классификация осуществляется на классы: эхосигнал и помеха.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение классификации целей в автоматическом режиме.
Для достижения указанного технического результата в известный гидролокатор, содержащий последовательно соединенные антенну, коммутатор приема-передачи и задающий генератор, при этом второй выход коммутатора соединен с приемным устройством, также содержащий индикатор, дополнительно введены процессор цифровой многоканальной обработки и обнаружения сигналов; блок управления задачами классификации, процессор классификации, в состав которого входят последовательно соединенные блок выбора порога измерения, блок отбора максимума, блок идентификации между каналами, блок измерения угловой протяженности, блок измерения радиальной протяженности, блок принятия автоматического решения по объекту классификации, блок формирования табло результатов, блок формирования индикаторных картин по объекту классификации, при этом выход приемного устройства соединен с первым входом процессора цифровой многоканальной обработки и обнаружения сигналов и через первый вход процессора классификации соединен с первым входом индикатора; первый выход блока управления задачами классификации соединен со входом задающего генератора, второй выход блока управления соединен со вторым входом процессора цифровой многоканальной обработки и обнаружения эхосигналов, третий выход блока управления задачами классификации соединен со вторым входом процессора классификации, а четвертый выход блока управления задачами классификации соединен со вторым входом индикатора. Для корректировки автоматической классификации с учетом индивидуального опыта оператора в систему введены блок корректировки автоматического решения и блок формирования решения оператора, при этом блок корректировки автоматического решения последовательно через блок формирования решения оператора соединен с индикатором, а второй выход блока корректировки автоматического решения соединен с третьим входом процессора классификации.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1, на которой представлена структурная схема системы автоматической классификации гидролокатора ближнего действия.
Предложенная система автоматической классификации гидролокатора ближнего действия (фиг 1) содержит задающий генератор 3, который через первый выход коммутатора 2 приема-передач связан с антенной 1. Второй выход коммутатора 2 приема-передач через приемное устройство 5 и первый вход процессора 4 цифровой многоканальной обработки и обнаружения эхосигналов соединен с первым входом процессора 7 классификации и далее с первым входом индикатора 16. Процессор 7 классификации выполнен в виде последовательно соединенных блока 8 выбора порога измерения, блока 9 отбора максимума, блока 10 идентификации между каналами, блока 11 измерения угловой протяженности, блока 12 измерения радиальной протяженности, блока 13 принятия автоматического решения о классе объекта, блока 14 формирования табло результатов и блока 15 формирования индикаторных картин. Первый выход блока 6 управления задачами классификации соединен с задающим генератором 3, второй выход блока 6 соединен со вторым входом процессора 4. Третий выход блока 6 соединен со вторым входом процессора классификации 7, а четвертый выход блока 6 соединен с индикатором 16. Первый выход блока 17 корректировки автоматического решения через вход блока 18 решения оператора соединен с третьим входом индикатора 16, а второй выход блока 17 корректировки автоматического решения соединен с третьим входом блока 7 процессора классификации.
Цифровые процессоры являются известными устройствами, которые предназначены для осуществления конкретных алгоритмов обработки с использованием аппаратных решений и жесткой логикой вычислений. Их применение повышает быстродействие цифровых вычислительных систем в несколько раз и в большинстве случаев сокращает аппаратные затраты. Описания спецпроцессоров приведены в книге Корякин Ю.А. Смирнов С.А. Яковлев Г.В. «Корабельная гидроакустическая техника». - Санкт-Петербург: Изд. Наука, 2004 г., на стр.281. Там же приведено описание гидроакустических комплексов, построенных на основе спецпроцессоров стр. 296., стр.328.
Вопросы, связанные с цифровой обработки сигналов, вопросы модуляции и демодуляции, спектральный анализ, а также использование пакетов расширения «Матлаб», которые обеспечивают последовательную процедуру использования алгоритмов, рассмотрены в пособии А.Б.Сергиенко «Цифровая обработка сигналов». - Санкт-Петербург, 2011 г, стр.655.
Система автоматической классификации работает следующим образом. Система 6 управления задачами классификации формирует сигнал начала излучения и подает команду задающему генератору 3, где происходит формирование зондирующего сигнала короткой длительности звуковой частоты большой мощности и через коммутатор 2 приема-передачи излучается антенной 1 в водную среду. Одновременно включается работа процессора 4 цифровой многоканальной обработки, процессора 7 классификации и подготовка индикатора 16 на прием информации классификации. Принятый антенной 1 эхосигнал через коммутатор 2 приема-передачи поступает на приемное устройство 5 и далее в процессор 4 многоканальной цифровой обработки и обнаружения эхосигнала, где производится дискретизация принятой входной информации по всем пространственным каналам статического веера характеристик направленности, сформированным в процессоре 4, оптимальная согласованная фильтрация на основе спецпроцессоров БПФ и последовательная передача цифровых массивов в процессор 7 классификации. Процессор 7 предназначен для последовательной обработки поступающего массива дискретизированных отсчетов, выделения и измерения классификационных признаков, автоматического принятия решения, формирования табло результатов, индикаторных картин классифицируемого объекта. Процессор состоит из нескольких автономных функциональных блоков 8÷15, которые могут быть выполнены алгоритмически. Блок 8 обеспечивает измерение отсчетов помехи по первому циклу обработки по всем пространственным характеристикам направленности статического веера и усреднение результатов оценки отсчетов помехи. Среднее значение помехи является исходной оценкой для выбора порога. После этого в блоке 9 отбора максимума выбираются те значения отсчетов, амплитуда которых превысила выбранный порог. Определяются и запоминаются значение амплитуды, значения номера отсчета и значение номера канала отсчетов, которые превысили выбранный порог. Выбранные отсчеты поступают в блок 10 идентификации между каналами, в котором определяются каналы, которые образуют множество соседних каналов, принадлежащих объекту классификации, либо не принадлежащих объекту классификации. Сравнивается амплитуда отсчета, номер канала и номер отсчета в соседних каналах. Если номера отсчетов равны и амплитуды сигналов превысили отсчет, то проверяются номера отсчетов на близость отсчетов в соседних каналах. Если оказываются номера каналов соседними, и не выходят за интервал непрерывности, то эти данные поступают в блок 11 измерения угловой протяженности объекта классификации. Среди выбранных каналов находится канал, в котором содержится отсчет с максимальной амплитудой, и выбираются те отсчеты в этом канале, которые превысили выбранный порог. В блоке 12 измеряется радиальная протяженность объекта, как разница в номерах отсчетов между первым и последним, превысивших порог в канале с максимальной амплитудой. Отобранные множества отсчетов по каналам, амплитудам и радиальным протяженностям передаются в блок 13 принятия автоматического решения. Например, если число соседних каналов не больше 2-х, радиальная протяженность объекта классификации меньше пороговой величины, а амплитуда сигнала не превышает пороговой величины, то принимается решение в пользу малоразмерной цели. Если число соседних каналов 3-4, а радиальная протяженность больше пороговой величины для малоразмерной цели и максимальная амплитуда эхосигнала больше порога, то принимается решение в пользу крупноразмерной цели. Сравниваются амплитуды эхосигналов по всем каналам. Пороговые величины являются ориентировочными и могут корректироваться в зависимости от расширения списка конкретных классов, возникающих в процессе проведения реальных работ. Для корректировки порогов и корректировки измеряемых величин вводится блок 17 корректировки автоматического решения. С помощью этого блока по конкретным параметрам объектам классификации могут быть откорректированы пороги принятия решения, введены новые условия и решающие правила. Блок 18 предназначен для формирования решения оператора на основе индивидуальных измерений оператора и опыта предшествующей работы для определения окончательного результата.
В процессоре 7 (в блоке 14) формируется табло результатов измеренных классификационных признаков и сопутствующей информации по тем измерениям, которые проведены над обнаруженным и классифицируемым объектом, и результат автоматической классификации. Кроме того, в блоке 15 оператору предоставляются фрагменты временных реализации по пространственным каналам, в которых обнаружен эхосигнал с максимальной амплитудой. Вся эта информация выводится на индикатор и предоставляется оператору для оценки и утверждения класса. Эта же информация может быть использована оператором для корректировки автоматического решающего правила и ввода в алгоритмы оценок пороговых величин.
Таким образом, реализуется автоматическая классификация обнаруженных целей для гидролокатора ближнего действия.