АКТИВНЫЙ ГИДРОЛОКАТОР С КЛАССИФИКАЦИЕЙ ОБЪЕКТА
ACTIVE SONAR WITH OBJECT CLASSIFICATION

Изобретение относится к гидроакустической технике, конкретнее к области активной гидролокации, в том числе к активным гидролокаторам, предназначенным для обнаружения объектов, измерения координат и параметров движения обнаруженных объектов, классификации обнаруженных объектов.
Известны активные гидролокаторы, содержащие акустические излучающую и приемную антенны, устройство формирования зондирующего сигнала, генераторное устройство, устройство управления, устройство обработки эхо-сигналов от объекта, индикатор (Гидроакустические средства связи и наблюдения. - Л.: Судостроение, 1982, С.26, 27, 29, 33-39, 73, 122; Справочник по гидроакустике. А.П.Евтютов, А.Е.Колесников, Е.А.Корепин и др. 2-е изд. - Л.: Судостроение, 1988. С.18-26, 54-57).
Известен активный гидролокатор (патент РФ №2346295), содержащий акустические излучающую и приемную антенны, устройство формирования зондирующего сигнала, генераторное устройство, устройство управления, устройство формирования характеристик направленности, блок измерения времени задержки эхо-сигнала относительно момента излучения зондирующего сигнала, блок измерения угла прихода эхо-сигнала в вертикальной плоскости, блок измерения глубины цели.
Однако в этих гидролокаторах отсутствует система классификации обнаруженных объектов.
Наиболее близким аналогом является активный гидролокатор с классификацией объекта (патент США №3716823, НКИ 340-3R), содержащий последовательно соединенные устройство управления, устройство формирования зондирующего сигнала, генераторное устройство и излучающую акустическую антенну, последовательно соединенные приемную акустическую антенну, устройство обработки эхо-сигналов от объекта и устройство измерения классификационного параметра (анализатор спектра эхо-сигнала), также содержащий ячейку памяти с эталонными спектрами эхо-сигналов от известных объектов, вычислительное устройство, с помощью которого производится сравнение спектральных составляющих эхо-сигналов с эталонными спектрами и индикатор.
Недостатком этого гидролокатора-прототипа является то, что выработка решения о классе обнаруженного объекта производится только по одной посылке, что снижает надежность решения задачи классификации объекта.
Техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильной классификации обнаруженного объекта.
N
N
F
F
F
N
N
F
F
F
F
Для достижения данного технического результата в активный гидролокатор с классификацией объекта, содержащий последовательно соединенные устройство управления, устройство формирования зондирующего сигнала, генераторное устройство и излучающую акустическую антенну, также содержащий последовательно соединенные приемную акустическую антенну, устройство обработки эхо-сигналов от объекта и устройство измерения классификационного параметра, а также индикатор, введены новые признаки, а именно: последовательно соединенные блок определения Рапост, где Paпocт - апостериорная плотность вероятности класса объекта по текущей посылке N, блок определения Paпocт, где Paпocт - апостериорная плотность вероятности класса объекта по совокупности посылок F и блок выработки решения о классе объекта по совокупности посылок, также введены блок памяти Рапр, где Рапр - априорная плотность распределения величины классификационного параметра, и блок памяти Paпocт, при этом выход устройства измерения классификационного параметра соединен с первым входом блока определения Paпocт, выход блока памяти Рапр соединен со вторым в ходом блока определения Рапост, второй выход блока определения Paпocт соединен с первым входом блока памяти Pапост, а его выход соединен со вторым входом блока определения Pапост, второй выход устройства управления соединен со вторым входом блока памяти Paпocт, выход блока выработки решения о классе объекта по совокупности посылок соединен со входом индикатора.
Указанный технический результат достигается за счет того, что определение класса обнаруженного объекта производится по совокупности посылок. Это реализуется при совместной работе вновь введенных блоков и связей между ними. При этом для выработки решения о классе по отдельным посылкам используются статистические методы классификации (см. Горелик А.Л., Скрипкин В.А. Методы распознавания. М.: Высш. школа, 1984. С.26-32), основанные на использовании априорных плотностей вероятности величин классификационного параметра для объектов различных классов Рапр (известные заранее распределения вероятности величин классификационного параметра для объектов разных классов) и на определении, после обнаружения эхо-сигнала, апостериорных вероятностей наличия объектов этих классов Рапост (вероятности отнесения обнаруженного объекта к данному классу с учетом измеренной на отдельной посылке величины классификационного параметра).
Сущность изобретения поясняется фиг.1, где приведена блок-схема предложенного активного гидролокатора с классификацией объекта.
N
F
N
Активный гидролокатор с классификацией объекта содержит последовательно соединенные устройство 5 управления, устройство 4 формирования зондирующего сигнала, генераторное устройство 3 и излучающую акустическую антенну 1, последовательно соединенные приемную акустическую антенну 2, устройство 6 обработки эхо-сигналов от объекта и устройство 7 измерения классификационного параметра, индикатор 13. Также заявленный гидролокатор содержит последовательно соединенные блок 9 определения Рапост, блок 10 определения Рапост и блок 12 выработки решения о классе объекта по совокупности посылок, блок 8 памяти Рапр, блок 11 памяти Рапост, при этом выход устройства 12 соединен со входом блока 10, выход блока 8 соединен со входом блока 9, выход блока 10 соединен со входом блока 11, а его выход соединен со входом блока 10, выход устройства 5 соединен со входом блока 11, выход блока 12 соединен со входом индикатора 13.
Практическое исполнение блоков, входящих в изобретение, известно из практики гидроакустики.
Блоки памяти 8 и 11 могут быть реализованы на основе технических решений, приведенных в книге: Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем / Цифровые радионавигационные устройства / В.В.Барашенков, А.Е.Лутченко, Е.М.Скороходов и др.; под ред. В.Б.Смолова. М.: Сов. радио, 1980. С.196-200.
Блоки 9, 10 могут быть реализованы с применением микропрограммных дискретных устройств, см., например, книгу: Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем / Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М., Катиков В.М. и др. Под ред. Ю.М.Казаринова. М.: Высш. шк., 1985. С.164-177.
Блок 12 выполняется с использованием схемы сравнения, см., например, книгу: Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем / Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М., Катиков В.М. и др. Под ред. Ю.М.Казаринова. - М.: Высш. шк., 1985. С.15.
N
1
2
Работа устройства осуществляется следующим образом. Устройство 4 формирования зондирующего сигнала вырабатывает зондирующие сигналы. Гидролокатор производит излучение зондирующего сигнала с помощью генераторного устройства 3 и излучающей акустической антенны 1. Отраженный от объекта эхо-сигнал с выхода приемной акустической антенны 2 поступает на устройство 6. С выхода устройства 6 принятый сигнал поступает на устройство 7, обеспечивающее измерение классификационного параметра. В блоке 9 на основе априорных вероятностей величин классификационного параметра Рапр, поступающих из блока 8, и измеренной величины классификационного параметра Uизм, поступающего из блока 7, производится определение Рапост, например, для объектов двух классов A и А по формуле:
<mrow><mi>Р</mi><mi>а</mi><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>с</mi><msub><mi>т</mi><mrow><mi>N</mi><mo>,</mo></mrow></msub><mi>i</mi><mfrac><mrow><mi>Р</mi><mi>а</mi><mi>п</mi><mi>р</mi><mo>,</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>U</mi><mi>и</mi><mi>з</mi><mi>м</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mn>2</mn></munderover><mrow><mi>Р</mi><mi>а</mi><mi>п</mi><mi>р</mi><mo>,</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>U</mi><mi>и</mi><mi>з</mi><mi>м</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mstyle></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
где Paпр,i(Uизм) - выработанное в блоке 9 значение априорной плотности распределения вероятностей i-го класса (i=1, 2) при измеренной величине классификационного параметра;
N
Paпост,i - вычисленная величина апостериорной вероятности по текущей посылке для объекта i-го класса.
N
N
F
F
Вычисленная величина Рапост поступает в блок 10, где на первой посылке n=1 (n - номер посылки) величина Рапост передается в блок 12 и запоминается в блоке 11 как величина Pапост. На второй посылке, при управлении устройства 5, вычисляется Pапост на основе соотношения, например, для двух альтернативных классов:
<mrow><mi>Р</mi><mi>а</mi><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>с</mi><msubsup><mi>т</mi><mi>F</mi><mi>n</mi></msubsup><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Р</mi><mi>а</mi><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>с</mi><msub><mi>т</mi><mi>N</mi></msub><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>⋅</mo><mi>Р</mi><mi>а</mi><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>с</mi><msubsup><mi>т</mi><mi>F</mi><mrow><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mn>2</mn></munderover><mrow><mi>Р</mi><mi>а</mi><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>с</mi><msub><mi>т</mi><mi>N</mi></msub><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>⋅</mo><mi>Р</mi><mi>а</mi><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>с</mi><msubsup><mi>т</mi><mi>F</mi><mrow><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></mstyle></mrow></mfrac></mrow>
N
где Pапост,i - вычисленная величина апостериорной вероятности по текущей посылке;
<mrow><mi>Р</mi><mi>а</mi><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>с</mi><msubsup><mi>т</mi><mi>F</mi><mrow><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow>
- вычисленная величина апостериорной вероятности по совокупности предыдущих посылок;
n - номер текущей посылки.
<mrow><mi>Р</mi><mi>а</mi><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>с</mi><msubsup><mi>т</mi><mi>F</mi><mi>n</mi></msubsup><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow>
Вычисленная величина
запоминается в блоке 11 и выдается в блок 12.
F
N
F
N
<mrow><mi>Р</mi><mi>а</mi><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>с</mi><msubsup><mi>т</mi><mi>F</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>,</mo></mrow>
<mrow><mi>Р</mi><mi>а</mi><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>с</mi><msubsup><mi>т</mi><mi>F</mi><mn>3</mn></msubsup><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow>
На третьей посылке вычисляется Pапост по величине
по совокупности предыдущих посылок (первая и вторая посылка) и величине Рапост по третьей посылке. На четвертой посылке вычисляется Pапост по величине
по совокупности предыдущих посылок (1, 2 и 3 посылки) и величине Pапост по четвертой посылке и т.д.
F
Устройство 5 управляет во времени излучением зондирующего сигнала (блок 4) и соответственно работой генераторного устройства 3, а также блоком 11, что позволяет определять Pапост по совокупности посылок.
F
<mrow><mi>Р</mi><mi>а</mi><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>с</mi><msubsup><mi>т</mi><mi>F</mi><mi>n</mi></msubsup><mn>,1</mn></mrow>
<mrow><mi>Р</mi><mi>а</mi><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>с</mi><msubsup><mi>т</mi><mi>F</mi><mi>n</mi></msubsup><mn>,2</mn></mrow>
В блоке 12 вырабатывается решение о классе объекта на основе Рапост, например, по максимуму из вычисленных апостериорных вероятностей
и
и решение о классе обнаруженного объекта выдается оператору на индикатор 13.
N
F
F
Использование блока определения Pапост, блока определения Pапост, блока памяти Рапр, блока памяти Pапост и блока выработки решения о классе объекта по совокупности посылок с соответствующими связями между этими блоками и связями этих блоков с другими блоками активного гидролокатора обеспечивает возможность выработки решения о классе обнаруженного объекта по совокупности ряда посылок, за счет чего достигается повышение вероятности правильной классификации объекта.
Таким образом, поставленная задача успешно решается.