БЕСПОРОГОВЫЙ СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
NONTHRESHOLD METHOD FOR INITIAL INFORMATION DETECTION

1. Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к гидроакустическим и радиолокационным средствам наблюдения.
2. Уровень техники.
Аналогом является применяемый в гидроакустических, радиолокационных и других технических средствах наблюдения способ выделения сигнальной информации, основанный на общеизвестной теории обнаружения, согласно которой за сигнал принимается любое возмущение, превышающее установленный порог обнаружения.
3. Раскрытие изобретения.
Теория обнаружения исходит из того, что изменяющийся во времени (t) сигнал (C(t)) складывется с изменяющимися во времени шумами среды (ШС(t)), т.е. процесс описывается уравнением: f(t)=C(t)+ШС(t).
Если установить идеальный порог обнаружения ПО(t)=ШС(t), то задача обнаружения сигнальной информации сводится к решению уравнения:
C(t)=f(t)-ПО(1).
На практике задача определения идеального порога обнаружения недостижима, поэтому ограничиваются определением оптимального порога, в наибольшей степени приближающегося к идеальному. При этом, если уровень ПО больше уровния ШС, то увеличивается вероятность пропуска цели. Если же ПО меньше ШС, то увеличивается вероятность ложной тревоги.
На чертеже приведена распечатка результатов спектрального анализа записи натурного эксперимента, когда шумоизлучающий объект удалялся от измерительного приемника. Панорамный обзор обеспечен за счет отображения по оси X частоты, по оси У - времени, а по оси Z - амплитуд текущих спектров, путем их квантования по градациям яркости.
На чертеже, прежде всего, обращает на себя внимание интерференционная структура (позиция 1), образованная за счет сложения "прямого" сигнала и отраженного от водной поверхности. В зависиммости от фазовых соотношений между составляющими шумоподобного сигнала они, на соответствующих частотах, могут складываться либо вычитаться, образуя экстремумы, хорошо наблюдаемые на чертеже. Поскольку отражающая поверхность является, практически, идеальным зеркалом, то в точках минимальных значений, где эти сигналы вычитаются, амплитуда составляющей спектра, практически, соответствует уровню шумов среды, который может быть принят за оптимальный порог обнаружения. На позиции 2 чертежа приведены результаты выделения сигнала в соответствии с приведенным выше алгоритмом, когда средние значения выявленных величин сигналов соответствующих реализаций отображались в выбранном масштабе в виде отрезков горизонтальной линии.
На позиции 3 чертежа приведены в виде графика средние значения амплитуд спектров соответствующих реализаций, подтверждающие очевидное: средние значения амплитуд спектров в отсутствии сигнала меньше этих значений при его наличии.
Это обстоятельство позволяет, не прибегая к достаточно сложной процедуре поиска оптимального порога обнаружения, выявить присутствие сигнальной информации по наличию изменений во времени средних значений амплитуд спектров.
В качестве примера на позиции 4 чертежа приведены в виде графика скорости изменения средних значений амплитуд спектра, определенные известным в технике статистических расчетов методом наименьших квадратов [1].
На позиции 5 чертежа в соответствии с логикой да - нет отражены моменты, когда скорости изменения средних значений амплитуд спектров не равны нулю (логика да). Причем периоды, когда скорость меньше нуля, т.е. сигнал уменьшается, либо больше нуля, разделяются по градациям яркости. Следует заметить, что вероятность ложной тревоги в рассматриваемом случае может быть сведена к нулю за счет значительного увеличения времени накопления информации (на чертеже видно, что отображение результатов измерений приведенных на позициях 4 и 5 происходит не от начала координаты "Y").
Как видно на чертеже, при достаточном удалении шумоизлучающего объекта от измерительного приемника на результаты измерений, выполненных в соответствии с положениями теории обнаружения (позиция 2), существенное влияние оказывают помехи, наблюдаемые в виде 3-х доминирующих дискрет, в то время как на позиции 3 видно, что влияние этих дискрет на результаты измерений существенно меньше. Это означает, что помехозащищенность рассматриваемого способа выявления сигнальной информации значительно выше, чем у традиционно используемого.
Поскольку при определении оптимального порога обнаружения задача, как было показано выше, может быть решена приблизительно, а спектральный анализ обеспечивает достаточно высокую точность измерений, то достоверность результатов, получаемых при использовании рассмотренного способа, гораздо выше, что, в частности, подтверждается результатами, приведенными на чертеже.
Таим образом, за счет использования возможностей, предоставляемых спектральным анализом, решение задачи обнаружения сигнальной информации, в том числе и в автоматическом режиме, обеспечивается без применения достаточно сложной процедуры определения оптимального порога обнаружения.
Литература
1. Справочник по вероятностным расчетам. М., Воениздат, 1970, с.320.